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關(guān)于諧波電流和諧波阻抗的估算

2011年08月11日 10:07上海怡珠電氣有限公司點(diǎn)擊量:2087

  諧波電流的估算有時(shí)是很困難的,因?yàn)橛绊懼C波電流大小的因素很多,例如有功負(fù)荷的大小,變流器的類(lèi)別和控制要求等等,而某些情況,甚至無(wú)法估算,例如電弧爐、弧焊機(jī)等,這就只有等待設(shè)備運(yùn)行后的諧波測(cè)量。但從下面的分析中可以看出變流器發(fā)射的諧波電流還是有一定的規(guī)律的。
  
  如果變電所的負(fù)荷中,變流設(shè)備占了一定的比重,估算出諧波騷擾量和系統(tǒng)阻抗,就可以考慮諧波治理的予案;又如民用建筑中,單相負(fù)荷電流若包含有零序諧波成分(3次及3的倍數(shù)次諧波),可能對(duì)中性及開(kāi)關(guān)的第4級(jí)帶來(lái)麻煩。總之,估算可能并不準(zhǔn)確,但它是治理諧波的基礎(chǔ)。
  
  半導(dǎo)體器件是可控的,例如晶閘管(SCR),也可以是不可控,例如二級(jí)管,這些變流器又可分為三類(lèi),它們有各自單獨(dú)的諧波發(fā)射規(guī)律。
  
  移相調(diào)壓,輸出仍是交流,正弦波被切出一部分,因而輸出不是正弦波,有效值隨移相角增大而變小,白熾燈調(diào)光器,取暖爐和電炊具控制器輸出電流。
  
  典型設(shè)備如軟A啟動(dòng)器,白熾燈調(diào)光器,取曖爐和電炊具控制器等,有三相也有單相的,常用電功率器件為晶閘管反并聯(lián)或雙向晶閘管。
  
  另外還有一種是通斷調(diào)壓,輸出的每個(gè)交流正弦波是完整的,但不足50Hz,按比例被切去了一部分周波,例如剩下的周波數(shù)若為40Hz,則輸出電功率為80%,可用于控制電阻爐加熱的溫度。輸入線電流的諧波成分減少,但50Hz附近的間諧波量增加,本文對(duì)此不討論。
  
  直流輸出用電感濾波的整流橋,從交流側(cè)發(fā)射出的諧波具有電流源的性質(zhì),也可稱(chēng)為電流型諧波源。整流橋可以是不可控的二級(jí)管,也可為晶閘管,zui常見(jiàn)的設(shè)備為電冶金電化學(xué)直流電源、直流調(diào)速裝置等。
  
  直流輸出用大電容濾波的整流橋,則交流側(cè)諧波具有電壓源的性質(zhì),也可稱(chēng)為電壓型諧波源,zui常見(jiàn)的設(shè)備為PWM變頻器(逆變器的輸入整流橋?yàn)榇箅娙轂V波),UPS以及大量的要用上直流日用電器,它們大都是用交流電源經(jīng)整流(大電容濾波),再經(jīng)PWM變成各種不同直流電壓且可以穩(wěn)壓的直流電源。
  
  電阻決定于電流的非線性阻抗
  
  典型設(shè)備為交流電弧爐,交流弧焊機(jī),熒光燈(直接接入交流電源的),氣體放電燈。
  
  飽和電抗的投入
  
  可產(chǎn)生瞬態(tài)諧波,例如電動(dòng)機(jī),變壓器的投入,有電容時(shí)也可產(chǎn)生瞬態(tài)諧波。
  
  變流器諧波發(fā)射量的計(jì)算
  
  直流整流裝置已有較長(zhǎng)的應(yīng)用歷史,電冶金電化學(xué)用大功率整流裝置屢見(jiàn)不鮮,因此電流源諧波量的計(jì)算技術(shù)應(yīng)該比較成熟。移相調(diào)壓交流控制器電路及其原理相對(duì)較簡(jiǎn)單,諧波量的計(jì)算也較容易。
  
  但采用大電容在直流側(cè)濾波的整流裝置由于采用PWM技術(shù)的變頻調(diào)速大量應(yīng)用致使其用電容量的比重逐步增加,電壓源諧波的計(jì)算才受到了重視,同時(shí)在商、住、辦公樓的建筑中也有數(shù)量很多(雖然單臺(tái)功率很小)的電壓型諧波源,而且是單相交流220V,它帶來(lái)了不少新問(wèn)題。
  
  總之,電壓型諧波量的計(jì)算在國(guó)內(nèi)發(fā)表的論文,筆者知之甚少。它需要復(fù)雜的理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證,可能就是難點(diǎn)所在。
  
  由表2可直接查得交流輸入側(cè)諧波電流相對(duì)值
  
  表2中Ihmax—可能的諧波電流zui大值,因?yàn)橹C波電流的大小和移相角α有關(guān),以3次諧波為例,在移相角α=90°zui大,達(dá)到0.318。但此次的基波電流不是zui大值而是0.6左右(表中未示出,可查文獻(xiàn)[2]的曲線)。
  
  如果負(fù)載電壓是220V且不平衡,那么,中性線上就會(huì)流過(guò)基波的三相不平衡電流和三相的3次的和3的倍數(shù)次諧波電流之和,而ABC各相的線電流和單相時(shí)是一樣的規(guī)律。
  
  如果三相負(fù)載是平衡的,負(fù)載作三角形聯(lián)接時(shí),輸入線電流中沒(méi)有3次及3的倍數(shù)次諧波電流,但可以在負(fù)載中流通;如果星形連接且不引出中性點(diǎn),則輸入線電流和負(fù)載電流都沒(méi)有3及3的倍數(shù)次諧波。
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