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在電子電路中諧波的產生及危害

作者:芭乐app网页晶振
日期:2021年01月20日 15:09
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  隨著科技時代快速發展,電力電子技術越來越廣泛的應用到各種工控、安防、基站、通訊、智能設備等領域中,由此產生的諧波危害也越來越嚴重。

  1、什麽是諧波

  在電力係統中諧波產生的根本原因是由於非線性負載所致。當電流流經負載時,與所加的電壓不呈線性關係,就形成非正弦電流,即電路中有諧波產生。諧波頻率是基波頻率的整倍數,根據法國數學家傅立葉(M.Fourier)分析原理證明,任何重複的波形都可以分解為含有基波頻率和一係列為基波倍數的諧波的正弦波分量。諧波是正弦波,每個諧波都具有不同的頻率,幅度與相角。諧波可以區分為偶次與奇次性,第3、5、7次編號的為奇次諧波,而2、4、6、8等為偶次諧波,如基波為50Hz時,2次諧波為100Hz,3次諧波則是150Hz。
 

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  2、無功功率和諧波是怎樣產生的呢

  在工業和生活用電負載中,阻感負載占有很大的比例。異步電動機、變壓器、熒光燈等都是典型的阻感負載。異步電動機和變壓器所消耗的無功功率在電力係統所提供的無功功率中占有很高的比例。電力係統中的電抗器和架空線等也消耗一些無功功率。阻感負載必須吸收無功功率才能正常工作,這是由其本身的性質所決定的。

  電力電子裝置等非線性裝置也要消耗無功功率,特別是各種相控裝置。如相控整流器、相控交流功率調整電路和周波變流器,在工作時基波電流滯後於電網電壓,要消耗大量的無功功率。另外,這些裝置也會產生大量的諧波電流,諧波源都是要消耗無功功率的。二極管整流電路的基波電流相位和電網電壓相位大致相同,所以基本不消耗基波無功功率。但是它也產生大量的諧波電流,因此也消耗一定的無功功率。

  近30年來,電力電子裝置的應用日益廣泛,也使得電力電子裝置成為最大的諧波源。在各種電力電子裝置中,整流裝置所占的比例最大。目前,常用的整流電路幾乎都采用晶閘管相控整流電路或二極管整流電路,其中以三相橋式和單相橋式整流電路為最多。帶阻感負載的整流電路所產生的諧波汙染和功率因數滯後已為人們所熟悉。直流側采用電容濾波的二極管整流電路也是嚴懲的諧波汙染源。這種電路輸入電流的基波分量相位與電源電壓相位大體相同,因而基波功率因數接近1。但其輸入電流的諧波分量卻很大,給電網造成嚴重汙染,也使得總的功率因數很低。另外,采用相控方式的交流電力調整電路及周波變流器等電力電子裝置也會在輸入側產生大量的諧波電流。

  無功功率的影響和諧波的危害

  

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  1.無功功率的影響

  (1)無功功率的增加,會導致電流增大和視在功率增加,從而使發電機、變壓器及其他電氣設備容量和導線容量增加。同時,電力用戶的起動及控製設備、測量儀表的尺寸和規格也要加大。

  (2)無功功率的增加,使總電流增大,因而使設備及線路的損耗增加,這是顯而易見的。

  (3)使線路及變壓器的電壓降增大,如果是衝擊性無功功率負載,還會使電壓產生劇烈波動,使供電質量嚴重降低。

  2. 諧波的危害

  理想的公用電網所提供的電壓應該是單一而固定的頻率以及規定的電壓幅值。諧波電流和諧波電壓的出現,對公用電網是一種汙染,它使用電設備所處的環境惡化,也對周圍的能耐電力電子設備廣泛應用以前,人們對諧波及其危害就進行過一些研究,並有一定認識,但那時諧波汙染還沒有引起足夠的重視。近三四十年來,各種電力電子裝置的迅速發展使得公用電網的諧波汙染日趨嚴重,由諧波引起的各種故障和事故也不斷發生,諧波危害的嚴重性才引起人們高度的關注。諧波對公用電網和其他係統的危害大致有以下幾個方麵。

  (1)諧波使公用電網中的元件產生了附加的諧波損耗,降低了發電、輸電及用電設備的效率,大量的3次諧波流過中性線時會使線路過熱甚至發生火災。

  (2)諧波影響各種電氣設備的正常工作。諧波對電機的影響除引起附加損耗外,還會產生機械振動、噪聲和過電壓,使變壓器局部嚴重過熱。諧波使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短,以至損壞。

  (3)諧波會引起公用電網中局部的並聯諧振和串聯諧振,從而使諧波放大,這就使上述(1)和(2)的危害大大增加,甚至引起嚴重事故。

  (4)諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作,並會使電氣測量儀表計量不準確。

  (5)諧波會對鄰近的通信係統產生幹擾,輕者產生噪聲,降低通信質量;重者導致住處丟失,使通信係統無法正常工作。

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