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  • 1 # 使用者9020153659432

    三相三線制的三相對稱(電源對稱,負載對稱)系統中,不含偶次諧波及三的整數倍的諧波。對於不對稱系統,完全可能出現偶次諧波,甚至是直流分量。

    一是發電源質量不高產生諧波

    發電機由於三相繞組在製作上很難做到絕對對稱,鐵心也很難做到絕對均勻一致和其他一些原因,電源多少也會產生一些諧波,但一般來說很少。

    二是輸配電系統產生諧波

    輸配電系統中主要是電力變壓器產生諧波,由於變壓器鐵心的飽和,磁化曲線的非線性,加上設計變壓器時考慮經濟性,其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上,這樣就使得磁化電流呈尖頂波形,因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結構形式、鐵心的飽和程度有關。鐵心的飽和程度越高,變壓器工作點偏離線性越遠,諧波電流也就越大,其中3次諧波電流可達額定電流0.5%。

    三是用電裝置產生的諧波

    閘流體整流裝置。由於閘流體整流在電力機車、鋁電解槽、充電裝置、開關電源等許多方面得到了越來越廣泛的應用,給電網造成了大量的諧波。我們知道,閘流體整流裝置採用移相控制,從電網吸收的是缺角的正弦波,從而給電網留下的也是另一部分缺角的正弦波,顯然在留下部分中含有大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路,在接感性負載時則含有奇次諧波電流,其中3次諧波的含量可達基波的30%;接容性負載時則含有奇次諧波電壓,其諧波含量隨電容值的增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋6脈整流器,變壓器原邊及供電線路含有5次及以上奇次諧波電流;如果是12脈衝整流器,也還有11次及以上奇次諧波電流。經統計表明:由整流裝置產生的諧波佔所有諧波的近40%,這是最大的諧波源。

    變頻裝置。變頻裝置常用於風機、水泵、電梯等裝置中,由於採用了相位控制,諧波成份很複雜,除含有整數次諧波外,還含有分數次諧波,這類裝置的功率一般較大,隨著變頻調速的發展,對電網造成的諧波也越來越多。

    電弧爐、電石爐。由於加熱原料時電爐的三相電極很難同時接觸到高低不平的爐料,使得燃燒不穩定,引起三相負荷不平衡,產生諧波電流,經變壓器的三角形連線線圈而注入電網。其中主要是2次、7次諧波,平均可達基波的8% 、20%,最大可達45%。

    氣體放電類電光源。熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金屬鹵化物燈等屬於氣體放電類電光源。分析與測量這類電光源的伏安特性,可知其非線性十分嚴重,有的還含有負的伏安特性,它們會給電網造成奇次諧波電流。

    家用電器。電視機、錄影機、計算機、調光燈具、調溫炊具等,因具有調壓整流裝置,會產生較深的奇次諧波。在洗衣機、電風扇、空調器等有繞組的裝置中,因不平衡電流的變化也能使波形改變。這些家用電器雖然功率較小,但數量巨大,也是諧波的主要來源之一。

    電力系統中的諧波來自電氣裝置,也就是說來自發電裝置和用電裝置。由於發電機的轉子產生的磁場不可能是完善的正弦波,因此發電機發出的電壓波形不可能是一點不失真的正弦波。目前中國應用的發電機有兩大類:隱極機和凸極機。隱極機多用於汽輪發電機,凸極機多用於水輪發電機。

    對於諧波分量而言,隱極機優於凸極機,但隨著科技進步,可控矽、IGBT等電子勵磁裝置的投入,使發電機的諧波分量有所上升。當發電機的端電壓高於額定電壓的10%以上時,由於電機的磁飽和,會使電壓的三次諧波明顯增加。同樣在變壓器的電源側電壓超過額定電壓10%以上時,也會使二次側電壓的三次諧波明顯增加。由於電網電壓偏移在±7%以下,所以發電、變電裝置產生的諧波分量都比較小,比國家的考核標準低的多,因此發電、變電裝置不是影響電網電壓波形方面質量的主要矛盾。

    為此,影響電網電壓波形質量的主要矛盾是非線性用電裝置,也就是說非線性用電裝置是主要的諧波源,非線性用電裝置主要有以下四大類:

    · 電弧加熱裝置:如電弧爐、電焊機等。

    · 交流整流的直流用電裝置:如電力機車、電解、電鍍等。

    · 交流整流再逆變用電裝置:如變頻調速、變頻空調等。

    · 開關電源裝置:如中頻爐、彩色電視機、電腦、電子整流器等。

    這些用電裝置都是非線性用電裝置,但它們產生的諧波各不相同,具體舉例分析如下:

    電弧加熱裝置是由於電弧在70伏以上才會起弧,才會有弧電流,並且滅弧電壓略低於起弧電壓,造成弧電流與弧電壓的非線性。

    此外,弧電流的波形還有一定的非對稱性。正是由於弧電流是非正弦波,造成電弧加熱裝置對電網的諧波汙染比較大,而且多為18次以下的低次諧波汙染。其實電焊機在上世紀四、五十年代已廣泛應用,由於電弧加熱裝置量少,電焊機應用的同時率就更小了,對整個電網的影響比較小,但發現當在燒電焊時,區域性低壓電網的電壓和電流變化很大,有較大的諧波影響。

    交流整流直流用電裝置的諧波產生的原因是由於整流裝置有一個閥電壓,在小於閥電壓時,電流為零。這類用電裝置為了提供平穩的直流電源,在整流裝置中加入了儲能元件(濾波電容和濾波電感),從而使閥電壓提高,加激了諧波的產生量。為了控制直流用電裝置的電壓和電流,在整流裝置中應用了可控矽,這使得該類裝置的諧波汙染更嚴重,而且諧波的次數比較低。

    交流整流再逆變用電裝置,在交流變直流過程中產生的諧波與上述的交流整流直流用電裝置一樣,它在直流逆變成交流時又有逆變波形反射到交流電流,這類裝置產生的諧波分量不僅有低次諧波,也有高次諧波。

    雖然這類裝置單臺容量比上述兩類裝置容量要小,但它的分佈面廣,數量多,是推廣使用的技術手段,因此它的諧波汙染應引起足夠關注。

    開關電源裝置應用很廣,它的工作原理是先把交流整流成直流,透過開關管控制變壓器初級電流的開通和關閉,從而在變壓器二次側感應出電流,供給用電裝置。此外,開關電源的頻率比較高一般在40kHz左右,不僅在整流時產生諧波,而且在開關管開閉時,反射40kHz左右的波至電源。這類用電裝置同樣是單臺容量不大,但它是應用面最廣、量最大的非線性用電裝置,它還有一定量的三次諧波,造成配變的中心線電流居高不下,而且三次諧波還會透過配變汙染到10kV電網。

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