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谐波电流对供电系统的污染

来源:机房360 作者:韩林 张广明 更新时间:2010-11-9 0:28:37

摘要:在滤波电路中由于存在电感,当电压的谐波成分偏离滤波电路设计频率时,很可能形成振荡,使谐波进一步放大,电容会同时受到发热和过压的威胁。

  整流滤波电路把输入电流变成脉冲状态,当谐波电流流入电网时,在其传输阻抗上转化为谐波电压。系统中的各种设备和传输线缆的阻抗包括电阻与感抗,仅就传输线缆而言,l0cm长的导线,其电感是0.1μH,在1.5MHz时,其阻抗为1Ω,对脉冲电流可能产生的干扰电压是不能忽视的,如图4-11所示。
  
  由谐波电流THDI产生的谐波电压经过各级设备和传输线缆的阻抗的叠加,产生总电压失真度THDU;电压失真度随着非线性负载上线的阻抗累积而逐步增大。
  
  谐波电压不仅污染电网,而且影响由该电网供电的其他系统和设备的工作,而首先受影响的是系统本身。由于谐波干扰而出现异常的现象主要表现在以下几个方面。
  
  (1)损坏电容
  
  电容中的电流值表示为:I=UCω(4-20)
  
  对第κ次谐波的角频率为ω=2πkf,因此第κ次谐波电容电流为Ik=-=2πkfUC,其中f=基波频率,k=谐波次数。
  


  显然,随着电压频率的升高,电容阻抗(1/2πf)成比例地下降,电容中的电流/随着谐波频率的提高而增大,特别是大容量电解电容,在电压富含谐波时,温升会明显增高,甚至爆炸损坏。在滤波电路中由于存在电感,当电压的谐波成分偏离滤波电路设计频率时,很可能形成振荡,使谐波进一步放大,电容会同时受到发热和过压的威胁,所以配置电容时,需要附加如下限制:
  
  ●U最大=1.lUn;
  
  ●I最大=1.3In;
  
  ●THDU最大≤8。
  
  (2)变压器降容
  
  谐波对变压器的影响表现在以下几个方面:
  
  ●由于存在趋肤效应(skin-effect),变压器绕组的阻抗随谐波次数的增大而增大;
  
  ●磁滞损耗与谐波频率成正比;
  
  ●涡流损耗与谐波频率的平方成正比。
  
  为了保证变压器在富含谐波的环境中正常运行,变压器必须降容使用,折算系数k由下面经验公式确定(法国标准NFC52-114):
  


  例如,用一台1000kVA的变压器为6脉冲整流电路供电,该整流器产生的谐波频谱为:H5=25%,H7=14%,H11=9%,H13=8%,THDI=31%,代入上述公式得到功率折算系数为k=0.91。因此,变压器的可用视在功率仅为9l0kVA。
  
  一般来说,负载的谐波必然会造成电源系统的降容,负载的功率因数越低,电源的降容也就越多。

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