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諧波電流對供電系統的污染

來源:機房360 作者:韓林 張廣明 更新時間:2010-11-9 0:28:37

摘要:在濾波電路中由于存在電感,當電壓的諧波成分偏離濾波電路設計頻率時,很可能形成振蕩,使諧波進一步放大,電容會同時受到發熱和過壓的威脅。

  整流濾波電路把輸入電流變成脈沖狀態,當諧波電流流入電網時,在其傳輸阻抗上轉化為諧波電壓。系統中的各種設備和傳輸線纜的阻抗包括電阻與感抗,僅就傳輸線纜而言,l0cm長的導線,其電感是0.1μH,在1.5MHz時,其阻抗為1Ω,對脈沖電流可能產生的干擾電壓是不能忽視的,如圖4-11所示。
  
  由諧波電流THDI產生的諧波電壓經過各級設備和傳輸線纜的阻抗的疊加,產生總電壓失真度THDU;電壓失真度隨著非線性負載上線的阻抗累積而逐步增大。
  
  諧波電壓不僅污染電網,而且影響由該電網供電的其他系統和設備的工作,而首先受影響的是系統本身。由于諧波干擾而出現異常的現象主要表現在以下幾個方面。
  
  (1)損壞電容
  
  電容中的電流值表示為:I=UCω(4-20)
  
  對第κ次諧波的角頻率為ω=2πkf,因此第κ次諧波電容電流為Ik=-=2πkfUC,其中f=基波頻率,k=諧波次數。
  


  顯然,隨著電壓頻率的升高,電容阻抗(1/2πf)成比例地下降,電容中的電流/隨著諧波頻率的提高而增大,特別是大容量電解電容,在電壓富含諧波時,溫升會明顯增高,甚至爆炸損壞。在濾波電路中由于存在電感,當電壓的諧波成分偏離濾波電路設計頻率時,很可能形成振蕩,使諧波進一步放大,電容會同時受到發熱和過壓的威脅,所以配置電容時,需要附加如下限制:
  
  ●U最大=1.lUn;
  
  ●I最大=1.3In;
  
  ●THDU最大≤8。
  
  (2)變壓器降容
  
  諧波對變壓器的影響表現在以下幾個方面:
  
  ●由于存在趨膚效應(skin-effect),變壓器繞組的阻抗隨諧波次數的增大而增大;
  
  ●磁滯損耗與諧波頻率成正比;
  
  ●渦流損耗與諧波頻率的平方成正比。
  
  為了保證變壓器在富含諧波的環境中正常運行,變壓器必須降容使用,折算系數k由下面經驗公式確定(法國標準NFC52-114):
  


  例如,用一臺1000kVA的變壓器為6脈沖整流電路供電,該整流器產生的諧波頻譜為:H5=25%,H7=14%,H11=9%,H13=8%,THDI=31%,代入上述公式得到功率折算系數為k=0.91。因此,變壓器的可用視在功率僅為9l0kVA。
  
  一般來說,負載的諧波必然會造成電源系統的降容,負載的功率因數越低,電源的降容也就越多。

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