消除5次,7次谐波的工作原理
- 格式:doc
- 大小:29.93 KB
- 文档页数:3
谐波⼯作原理谐波⼯作原理1.什么是电⼒谐波理想上,电⼒系统只供应纯基波成份之⽆污染正弦波形,其电源频率仅50Hz(或60Hz)。
但现代诸多⼯业或信息设备均为⾮线性负载,其负载电流波形并⾮纯正弦波,畸变的波形中可被分析出许多整数倍于基波频率的成份,这些基频以外之交流周期性波形即称为谐波。
若其频率为基波的n倍,则称之为n次谐波,如250 Hz为50 Hz的5倍则称为5次谐波。
1其中K1为基波成份之有效值Kn为各谐波成份之有效数值(n分别为2, 3…)K1 is rms of fundamental wave.Kn is rms of each single harmonic. (n = 2, 3 …)欲表⽰某单⼀谐波之污染量,则可采⽤Single harmonic distortion can show as belowSHDn(%) = Kn ? 100%K12.电⼒谐波的影响当谐波严重污染电⼒系统时,除影响系统供电品质外,亦可能破坏电⼒设备或影响设备之正常运转,如功因改善电容器打穿,变压器及电缆过载或绝缘破坏等事故;当电⼒系统中电压闪烁污染严重时,会造成⽇光灯或⽩炽灯等灯具光度的闪变,使⼈的眼睛产⽣不舒适感觉;当三相负载严重失衡时,造成三相电压不平衡导致感应马达线圈异常过热,或⼲扰邻近计算机,导致荧光幕扭曲;当雷击或开关、电容器切换时引起之瞬时突波,可能使电⼒设备因过电压或过电流⽽发⽣故障;当雷击、盐害或⼈为与天灾引起之事故,导致系统电压骤降(Voltage sags)与骤升(Swell),可能造成电⼒设备⽋压或过压,导致保护电驿动作,造成电⼒中断。
故电⼒品质测量分析与改善技术之研究为当今各国电⼒公司与⼯业界⼯作之重点。
谐波存在电⼒系统中将可能引起若⼲问题:The effect of harmonic could cause many problems:系统或负载过电压、过电流System or load over-voltage, over-current.因集肤效应因⽽引起的电缆温升破坏及严重降压Because of skin effect, the temperature of wire cable rise and serious voltage step down. 变压器马达及发电机等的铜损、铁损增加⽽过温The copper and iron lost of transformer, motor and generator cause temperature rise.开关设备及电驿异常跳脱The break and reply unusual trip.⾃动控制设备及计算机运作异常Automatic control system and computer unusual operate.共振放⼤导致电容器破坏Resonance causes capacitor burn.计量仪表误差扩⼤Accurate Instrument measures error.感应磁场造成电话⼲扰Magnitude field interferes with phone system.电压波形失真及功因低落Voltage distortion and power factor la3.谐波管制的相关规范由于谐波污染严重影响供电系统以及其它外围设备,因此相关法规亦对电压及电流谐波失真加以限制,分别可参阅IEC 1000-3-2,IEC 1000-3-4及IEEE 519-19924.如何改善谐波整流(转换)设备之功率因⼦(Power factor)改善包含相位失真(Displacement component)与波形失真(Distortion component)两部份,前者为虚功改善,后者为谐波改善。
在理想的干净供电系统中,电流和电压都是正弦波的。
在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路里,流过的电流与施加的电压成正比,流过的电流是正弦波。
在实际的供电系统中,由于有非线性负荷的存在,当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时,就形成非正弦电流。
任何周期性波形均可分解为一个基频正弦波加上许多谐波频率的正弦波。
谐波频率是基频的整倍数,例如基频为50Hz,二次谐波为100Hz,三次谐波则为150Hz。
因此畸变的电流波形可能有二次谐波、三次谐波……可能直到第三十次谐波组成。
有几个常见多发的问题是由谐波引起的:电压畸变、过零噪声、中性线过热、变压器过热、断路器的误动作等。
①电压畸变:因为电源系统有内阻抗,所以谐波负荷电流将造成电压波形的谐波电压畸变(这是产生"平顶"波的根源)。
此阻抗有两个组成部分:电源接口(PCC)以后的电气装置内部电缆线路的阻抗和PCC以前电源系统内的阻抗,用户处的供电变压器即是PC C的一例。
由非线性负荷引起的畸变负荷电流在电缆的阻抗上产生一个畸变的电压降。
合成的畸变电压波形加到与此同一电路上所接的全部其他负荷上,引起谐波电流的流过,即使这些负荷是线性的负荷也是如此。
解决的办法是把产生谐波的负荷的供电线路和对谐波敏感的负荷的供电线路分开,线性负荷和非线性负荷从同一电源接口点开始由不同的电路馈电,使非线性负荷产生的畸变电压不会传导到线性负荷上去。
②过零噪声:许多电子控制器要检测电压的过零点,以确定负荷的接通时刻。
这样做是为了在电压过零时接通感性负荷不致产生瞬态过电压,从而可减少电磁干扰(EM I)和半导体开关器件上的电压冲击。
当在电源上有高次谐波或瞬态过电压时,在过零处电压的变化率就很高且难于判定从而导致误动作。
实际上在每个半波里可有多个过零点。
③中性线过热:在中性点直接接地的三相四线式供电系统中,当负荷产生3N次谐波电流时,中性线上将流过各相3N次谐波电流的和。
永磁同步电机用坐标变换的电流谐波抑制方法刘刚;孙庆文;肖烨然【摘要】针对永磁同步电机在运行过程中电流波形发生畸变、谐波含量高等问题,结合同步旋转坐标变换理论提出一种谐波抑制方法。
建立永磁同步电机的数学模型,分析时间谐波和空间谐波的产生原因及对电机正常运行造成的不利影响。
采用坐标变化与低通滤波器检测5次与7次谐波,在原有的双闭环系统基础上增加谐波电流环,通过PI控制抑制谐波电流。
最后以4 kW表贴式磁悬浮永磁同步电动机为对象进行仿真分析和实验验证,仿真和实验的结果表明,采用坐标变换的谐波抑制算法可以有效抑制谐波电流,提高电机相电流的正弦度,对不同原因造成的谐波均有抑制作用,并且具有计算简单、容易实现的特点。
%The current of permanent magnet synchronous motor ( PMSM) contains a lot of harmonic cur-rents, resulting in the motor current waveform distortion. In order to solve this problem, a novel suppres-sion method based on synchronous rotating coordinate transformation was proposed. Based on the estab-lished model of PMSM, the adverse impact caused by harmonics was analyzed. Through rotating coordi-nate transformation and low-pass filter, the fifth and seventh harmonic currents were extracted and con-trolled by PI regulator. Simulations and experiments with a 4-kW magnetic suspension PMSM were car-ried out. The results verify that the method based on coordinate transformation can suppress the harmonic currents caused by different reasons. The proposed method has the advantage of easy mathematical com-putation and simple implementation.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】7页(P30-36)【关键词】永磁同步电机;谐波电流;谐波抑制;同步旋转坐标变换;前馈补偿【作者】刘刚;孙庆文;肖烨然【作者单位】北京航空航天大学惯性技术重点实验室,北京100191; 北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室,北京100191;北京航空航天大学惯性技术重点实验室,北京100191; 北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室,北京100191;北京航空航天大学惯性技术重点实验室,北京100191; 北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室,北京100191【正文语种】中文【中图分类】TM3410 引言永磁同步电机具有功率密度大、几何尺寸小、效率高、响应快等优点,随着钕铁硼等永磁材料性能的日益提高以及控制理论、高性能处理器和大功率高开关速度功率电子元器件的发展,永磁同步电机应用越来越广泛,如微型涡轮发电机、分子泵、离心压缩机等。
谐波原理及治理方法一、1. 何为谐波?在电力系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。
当电流流经负载时,与所加的电压不呈线性关系,就形成非正弦电流,即电路中有谐波产生。
谐波频率是基波频率的整倍数,根据法国数学家傅立叶(M.Fourier)分析原理证明,任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。
谐波是正弦波,每个谐波都具有不同的频率,幅度与相角。
谐波可以区分为偶次与奇次性,第3、5、7次编号的为奇次谐波,而2、4、6、8等为偶次谐波,如基波为50Hz时,2次谐波为l00Hz,3次谐波则是150Hz。
一般地讲,奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。
在平衡的三相系统中,由于对称关系,偶次谐波已经被消除了,只有奇次谐波存在。
对于三相整流负载,出现的谐波电流是6n±1次谐波,例如5、7、11、13、17、19等,变频器主要产生5、7次谐波。
“谐波”一词起源于声学。
有关谐波的数学分析在18世纪和19世纪已经奠定了良好的基础。
傅里叶等人提出的谐波分析方法至今仍被广泛应用。
电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。
当时在德国,由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。
1945年J.C.Read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。
到了50年代和60年代,由于高压直流输电技术的发展,发表了有关变流器引起电力系统谐波问题的大量论文。
70年代以来,由于电力电子技术的飞速发展,各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛,谐波所造成的危害也日趋严重。
世界各国都对谐波问题予以充分和关注。
国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议,不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。
谐波研究的意义,道理是因为谐波的危害十分严重。
谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低,使电气设备过热、产生振动和噪声,并使绝缘老化,使用寿命缩短,甚至发生故障或烧毁。
双桥十二脉动整流器原理0引言十二脉冲整流技术的发展由来已久,早在70年代初期,当大功率可控硅发展成熟之际,人们就已经发现了可控硅整流器在将交流电转换为直流电的同时,产生了大量的谐波电流注入到电网中,随之而来的就是谐波电流对电网中的其它负载产生的影响,为此,人们寻求一种解决方法,希望去除掉整流器产生的谐波电流。
在当时的技术水平和条件下,只有两种解决方案:其一是采用两套整流器通过不同相位的叠加,以便消除H5、H7次谐波,也就是12脉冲整流器;另外一种方案就是采用LC型的无源滤波器,试图消除(主要是)H5和(部分的)H7以及少量的其它更高次的谐波。
这在当时算是比较先进的技术。
1十二脉冲整流器原理12脉冲是指在原有6脉冲整流的基础上,在输入端增加移相变压器后在增加一组6脉冲整流器,使直流母线电流由12个可控硅整流完成,因此又称为12脉冲整流。
两个三相整流电路就是通过变压器的不同联结构成12相整流电路。
桥1的网侧电流傅立叶级数展开为:iIA=iIa=2´31/2/p´Id(sinwt-1/5sin5wt-1/7sin7wt+1/11sin11wt+1/13sin13wt-1/17 Sin17wt-1/19sinwt+…)桥II网侧线电压比桥I超前30°,因网侧线电流比桥I超前30°:iIA=2´31/2/p´Id(sinwt+1/5sin5wt+1/7sin7wt+1/11sin11wt+1/13sin13wt+1/17Sin17 wt+1/19sinwt+…)故合成的网侧线电流iA=iIA+iIIA=4´31/2/p(sinwt+1/11sinwt+1/13sin13wt+…)可见,两个整流桥产生的5、7、17、19、…次谐波相互抵消,注入电网的只有12k±1(k为正整数)次谐波,且其有效值与与谐波次数成反比,而与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。
电力系统谐波及滤波技术( 2005—09-21 )摘要:主要针对电力系统谐波的危害及其检测分析技术,归纳总结了目前电力系统中进行谐波抑制常用的方法。
我们知道,在电力系统中采用电力电子装置可灵活方便地变换电路形态,为用户提供高效使用电能的手段。
但是,电力电子装置的广泛应用也使电网的谐波污染问题日趋严重,影响了供电质量。
目前谐波与电磁干扰、功率因数降低已并列为电力系统的三大公害。
因而了解谐波产生的机理,研究消除供配电系统中的高次谐波问题对改善供电质量和确保电力系统安全经济运行有着非常积极的意义。
谐波及其起源所谓谐波是指一个周期电气量的正弦波分量,其频率为基波频率的整数倍.周期为T=2π/ω的非正弦电压u(ωt),在满足狄里赫利条件下,可分解为如下形式的傅里叶级数:式中频率为nω(n=2,3…)的项即为谐波项,通常也称之为高次谐波。
应该注意,电力系统所指的谐波是稳态的工频整数倍数的波形,电网暂态变化诸如涌流、各种干扰或故障引起的过压、欠压均不属谐波范畴;谐波与不是工频整倍数的次谐波(频率低于工频基波频率的分量)和分数谐波(频率非基波频率整倍数的分数)有定义上的区别。
谐波主要由谐波电流源产生:当正弦基波电压施加于非线性设备时,设备吸收的电流与施加的电压波形不同,电流因而发生了畸变,由于负荷与电网相连,故谐波电流注入到电网中,这些设备就成了电力系统的谐波源。
系统中的主要谐波源可分为两类:含半导体的非线性元件,如各种整流设备、变流器、交直流换流设备、PWM变频器等节能和控制用的电力电子设备;含电弧和铁磁非线性设备的谐波源,如日光灯、交流电弧炉、变压器及铁磁谐振设备等.国际上对电力谐波问题的研究大约起源于五六十年代,当时的研究主要是针对高压直流输电技术中变流器引起的电力系统谐波问题。
进入70年代后,随着电力电子技术的发展及其在工业、交通及家庭中的广泛应用,谐波问题日趋严重,从而引起世界各国的高度重视。
各种国际学术组织如电气与电子工程师协会(IEEE)、国际电工委员会(IEC)和国际大电网会议(CIGRE)相继各自制定了包括供电系统、各项电力和用电设备以及家用电器在内的谐波标准。
消弧和消谐的工作原理详解消弧和消谐的工作原理是不一样的。
消弧是指当母线发生单相金属接地时消弧装置动作使金属接地通过消弧装置动作的真空接触器直接接地,有利于母线保护动作、这样可以避免谐波的产生。
消谐主要是消除二次谐波以及高次谐波,有利于电网的安全运行。
正常运行时,消弧线圈中无电流通过。
而当电网受到雷击或发生单相电弧性接地时,中性点电位将上升到相电压,这时流经消弧线圈的电感性电流与单相接地的电容性故障电流相互抵消,使故障电流得到补偿,补偿后的残余电流变得很小,不足以维持电弧,从而自行熄灭。
这样,就可使接地迅速消除而不致引起过电压。
消弧线圈主要是由带气隙的铁芯和套在铁芯上的绕组组成,它们被放在充满变压器油的油箱内。
绕组的电阻很小,电抗很大。
消弧线圈的电感可用改变接入绕组的匝数加以调节。
在正常运行状态下,由于系统中性点的电压是三相不对称电压,数值很小,所以通过消弧线圈的电流也很小,电弧可能自动熄灭。
一般采用过补偿方式,就是电感电流略大于电容电流消弧线圈是一种带铁芯的电感线圈。
它接于变压器(或发电机)的中性点与大地之间,构成消弧线圈接地系统。
正常运行时,消弧线圈中无电流通过。
而当电网受到雷击或发生单相电弧性接地时,中性点电位将上升到相电压,这时流经消弧线圈的电感性电流与单相接地的电容性故障电流相互抵消,使故障电流得到补偿,补偿后的残余电流变得很小,不足以维持电弧,从而自行熄灭。
这样,就可使接地迅速消除而不致引起过电压。
长期以来,我国6~35KV(含66KV)的电网大多采用中性点不接地的运行方式。
此类运行方式的电网在发生单相接地时,故障相对地电压降为零,非故障相的对地电压将升高到线电压(UL),但系统的线电压维持不变。
因此国家标准规定这类电网在发生单相接地故障后允许短时间(2小时)带故障运行,所以大大提高了该类电网的供电的可靠性。
现有的运行规程规定:“中性点非有效接地系统发生单相接地故障后,允许运行两小时”,但规程未对“单相接地故障”的概念加以明确界定。
消除5次,7次谐波的工作原理-回复问题:消除5次、7次谐波的工作原理。
引言:谐波是电力系统中不可避免的问题之一,它会导致电力设备的故障和损坏,同时也会对电网的运行产生不利影响。
为了减少谐波的影响,工程师们提出了各种解决方案,其中包括使用谐波滤波器来消除谐波。
本文将详细介绍消除5次和7次谐波的工作原理。
第一部分:谐波的概念和原因- 介绍谐波现象的定义和产生原因。
- 谐波是电源中频率为基波频率整数倍的波动,由非线性负载引起。
- 解释负载中的非线性元件如整流器、变频器等如何产生谐波。
第二部分:谐波对电力系统的影响- 阐述谐波对设备和电网的影响。
- 谐波导致设备过热、降低设备寿命、损坏电容、引起电网的谐波振荡等。
- 引用实例说明谐波对电力系统的危害性。
第三部分:谐波滤波器的概述- 介绍谐波滤波器的概念和作用。
- 谐波滤波器是一种电子设备,用于抑制特定谐波成分。
- 解释主动和被动谐波滤波器之间的区别。
第四部分:消除5次和7次谐波的工作原理- 解释消除5次和7次谐波的工作原理。
- 描述如何设计和配置谐波滤波器来针对这两种特定谐波频率。
- 引用实际案例展示消除5次和7次谐波的效果。
第五部分:谐波滤波器的选择和应用- 分析如何选择适当的谐波滤波器。
- 考虑功率因数改善、谐波水平和电流负载等因素。
- 介绍谐波滤波器在工业和商业领域的应用。
结论:- 总结消除5次和7次谐波的工作原理和谐波滤波器的应用。
- 强调谐波滤波器在保障电力系统稳定和设备运行可靠性方面的重要性。
- 鼓励工程师们在设计和安装电力系统时考虑谐波滤波器的使用。
PT二次消谐装置说明书一、概述在电力系统中,由于电压互感器的非线性电感与线路对地电容的匹配而引起铁磁谐振过电压,直接威胁电力系统的安全运行,严重时会引起电压互感器(PT)的爆炸,造成事故。
传统的解决办法是在电压互感器开口三角两端并接一个电阻,从理论上讲对频率越低的铁磁谐振阻值应取得越小,但太小的电阻并在PT开口三角上会影响其正常运行,严重时会造成PT烧毁。
另外因为铁磁谐振的频率往往不是单一的,所以这种方法就难于消除所有频率的谐振。
针对上述情况,国内一些厂家先后研制了一些分频消谐装置。
这些装置的原理均是采用模拟选频的原理,功能单一,只对单一频率的谐振有效。
由于电网中谐振往往是多种频率同时存在,所以其适应性较差,模拟电路实现的选频与微机选频相比其选频效果也差,有时电网的过渡过程等也会造成误动。
PWX-50系列微机消谐装置将微机技术用于电网消谐,利用计算机快速、准确的数据处理能力实现快速傅里叶分析,其选频准确。
通过对PT开口三角电压的采集,对电网谐振时的各种频率成份能快速分析,准确地辨别出:①单相接地;②过渡过程;③电网谐振。
如果是谐振,计算机发出指令使消谐电路投入,实现快速消谐。
经实际运行证明本装置对各种高频、低频、工频谐振均判断准确,动作迅速,较完善地解决了电力系统中电网的消谐问题,并能记录存储谐振的次数及谐振频率,可广泛适用于发电厂、变电站及钢铁、煤炭、石油化工等大型厂矿企业的电力系统。
二、装置用途:PWX-50 系列微机消谐装置将微机技术用于电网消谐,利用计算机快速、准确的数据处理能力实现快速傅里叶分析,其选频准确。
通过对 PT 开口三角电压的采集,对电网谐振时的各种频率成份能快速分析,准确地辨别出:①单相接地;②过渡过程;③电网谐振。
如果是谐振,计算机发出指令使消谐电路投入,实现快速消谐。
经实际运行证明本装置对各种高频、低频、工频谐振均判断准确,动作迅速,较完善地解决了电力系统中电网的消谐问题,并能记录存储谐振的次数及谐振频率,可广泛适用于发电厂、变电站及钢铁、煤炭、石油化工等大型厂矿企业的电力系统。
电力系统中的谐波分析及消除方法摘要:本文针对电力系统中普遍存在的谐波问题进行了分析研究,首先概述了谐波的危害,然后介绍了三种谐波检测的方法,最后从改造谐波源的角度提出了几种谐波抑制方法。
关键词:电力谐波检测治理0 引言目前,谐波与电磁干扰、功率因数降低被列为电力系统的三大公害,因而了解谐波产生的机理,研究和清除供配电系统中的高次谐波,对改于供电质量、确保电力系统安全、经济运行都有着十分重要的意义。
1 电力系统谐波危害1.1 谐波会使公用电网中的电力设备产生附加的损耗,降低了发电、输电及用电设备的效率。
大量三次谐波流过中线会使线路过热,严重的甚至可能引发火灾。
1.2 谐波会影响电气设备的正常工作,使电机产生机械振动和噪声等故障,变压器局部严重过热,电容器、电缆等设备过热,绝缘部分老化、变质,设备寿命缩减,直至最终损坏。
1.3 谐波会引起电网谐振,可能将谐波电流放大几倍甚至数十倍,会对系统构成重大威胁,特别是对电容器和与之串联的电抗器,电网谐振常会使之烧毁。
1.4 谐波会导致继电保护和自动装置误动作,造成不必要的供电中断和损失。
1.5 谐波会使电气测量仪表计量不准确,产生计量误差,给供电部门或电力用户带来直接的经济损失。
1.6 谐波会对设备附近的通信系统产生干扰,轻则产生噪声,降低通信质量;重则导致信息丢失,使通信系统无法正常工作。
1.7 谐波会干扰计算机系统等电子设备的正常工作,造成数据丢失或死机。
1.8 谐波会影响无线电发射系统、雷达系统、核磁共振等设备的工作性能,造成噪声干扰和图像紊乱。
2 谐波检测方法2.1 模拟电路消除谐波的方法很多,即有主动型,又有被动型;既有无源的,也有有源的,还有混合型的,目前较为先进的是采用有源电力滤波器。
但由于其检测环节多采用模拟电路,因而造价较高,且由于模拟带通滤波器对频率和温度的变化非常敏感,故使其基波幅值误差很难控制在10%以内,严重影响了有源滤波器的控制性能。
电网中谐波的消除【摘要】供电系统中的谐波问题已经引起企业的关注,为保证供电系统中所有电气设备正常的工作,必须采取强有力的措施,抑制并防止电网中因谐波危害所造成的后果。
通过分析谐波产生的原因,并对电网中谐波的危害进行了详细说明,总结和提出谐波消除的方法。
【关键词】谐波消除;电能优化;有源滤波;无源滤波1 概述随着电力电子技术的快速发展,使用大功率半导体开关元件以及各类开关电源产品向电网中注入了大量的谐波电流,使供配电网络的电能质量普遍下降。
目前,电能质量优化技术正在得到企业的认可,电能质量优化也意味着节能,电能质量优化对企业与用户来说最直接的收益就是节约电费,提高经济效益,增加市场竞争力。
2谐波的定义供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解,除了得到与电网基波频率相同的分量,还得到一系列大于电网基波频率的分量,这部分电量称为谐波。
谐波频率与基波频率的比值(n=fn/f1)称为谐波次数。
3谐波产生的原因谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致,当电流流经非线性负载时,与所加的电压不呈线性关系,就形成非正弦电流,从而产生谐波。
在电力的生产、传输、转换和使用的各个环节中都会产生谐波。
我公司最典型的谐波源负载就是变频器,在氨基酸生产部31和32分厂的动力设备中含有大量大功率变频器(31分厂有250KW变频器2台、160KW变频器4台、90KW变频器1台;32分厂有160KW变频器5台、132KW变频器3台、90KW变频器2台),变频器工作过程中会产生大量5次、7次、11次等高次数谐波电流。
这些高频谐波电流同时又作为次级电流源被重新注入到电网。
下图是对公司氨基酸生产部32分厂实测的变频器的波形,从中能够看出正弦波电流波形畸变的程度:谐波使电网中的电气设备产生额外的损耗,即谐波功率。
不仅降低了设备的效率,同时也影响设备的正常工作。
随着电力电子设备使用的不断增加,同时这些设备产生的谐波又具有较大的振幅,所以目前它们是供电系统中的主要谐波源。
供电系统谐波的产生原因和抑制方法电气系统中的电气设备产生的电压或电流波形非理想的正弦波时,即说明其中含有频率高于50Hz的电压或电流成分,将频率高于50Hz的电流或电压成分称之为谐波。
谐波对电气设备的正常工作有不利影响,因此,研究谐波的危害与抑制方法,对保证电网的电力质量十分必要。
(1)谐波是如何产生的?谐波来自于三个方面:一是发电设备产生的谐波;二是输配电系统产生的谐波;三是供电系统的电气设备(如变频器、电炉等)等产生的谐波,其中以供电系统的电气设备产生的谐波居多,具体如下:1)晶闸管整流设备:由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用,给电网造成了大量的谐波。
晶闸管整流装置采用移相控制,从电网吸收的是缺角的正弦波,从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波,显然在留下部分中含有大量的谐波。
如果整流装置为单相整流电路时则含有奇次谐波电流,其中3次谐波的含量可达基波的30%;接容性负载时则含有奇次谐波电压,其谐波含量随电容值的增大而增大。
如果整流装置为三相全控桥脉冲整流器,变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流;如果是12脉冲整流器,也含有11次及以上奇次谐波电流。
经统计表明:由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%,这是最大的谐波源。
2)变频装置:变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中,由于采用了相位控制,谐波成份很复杂,除含有整数次谐波外,还含有分数次谐波,这类装置的功率一般较大,随着变频调速的使用的增多,对电网造成的谐波也越来越多。
3)电弧炉、电石炉:由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料,使得燃烧不稳定,引起三相负荷不平衡,产生谐波电流,经变压器的三角形连接线圈而注入电网。
其中主要是2~7次的谐波,平均可达基波的8%~20%,最大可达45%。
4)气体放电类电光源:荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。
消除5次,7次谐波的工作原理
一、检测谐波源
为了消除5次、7次谐波,首先需要对谐波源进行检测。
谐波源通常来自于非线性负载,如电力电子设备、开关电源等。
通过安装谐波检测仪或利用电力系统的测量数据,可以识别出谐波源及其产生的谐波次数。
二、滤波器设计
针对检测到的谐波源,需要设计相应的滤波器。
滤波器的设计应考虑谐波的频率、幅值和相角等因素。
对于5次、7次谐波,可以使用高通滤波器进行抑制。
滤波器的参数设计应结合实际情况,并进行必要的仿真和试验验证。
三、无功补偿
无功补偿是消除谐波的常用方法之一。
通过在系统中增加无功补偿装置,可以调整系统中的无功功率,减少谐波电流的产生。
常用的无功补偿装置包括电容器和静止无功补偿器(SVC)等。
四、相位调整
相位调整是通过改变谐波源的相位角,使其与系统中其他设备的相位角错开,从而减少谐波的叠加效应。
具体实施时,可以调整谐波源的电源相位角,或对系统中的其他设备进行相应的相位调整。
五、隔离谐波源
隔离谐波源是将谐波源与其他设备进行物理隔离,以避免谐波对其他设备的影响。
隔离措施可以包括安装隔离变压器、使用滤波器等。
隔离谐波源可以有效减小谐波的传播范围,提高系统的稳定性。
六、优化运行方式
优化运行方式是通过调整系统的运行参数和方式,降低谐波的产生和影响。
例如,合理配置系统中的有功和无功负荷,优化变压器的运行方式等。
通过优化运行方式,可以降低系统中的谐波含量,提高电能质量。
七、监控与报警
为了确保消除5次、7次谐波的效果,需要建立完善的
监控与报警系统。
该系统可以实时监测系统中谐波的含量和变化情况,一旦发现异常情况,立即触发报警并采取相应的处理措施。
监控与报警系统的建立可以提高系统的可靠性和安全性。