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如何識別諧波源負載?

  • 小編
  • 2019-02-21 10:13:50

工業(yè)、商業(yè)、醫療領(lǐng)域設備的種類(lèi)繁多,哪些設備是諧波源負載?哪些設備不是諧波源負載?掌握識別諧波源負載的方法十分重要。當電網(wǎng)上的諧波源負載較多時(shí),就要考慮諧波控制的問(wèn)題。

從理論上講,看一個(gè)負載是否產(chǎn)生諧波電流,就是看它的電壓與電流是否有線(xiàn)性的關(guān)系。如果沒(méi)有線(xiàn)性關(guān)系,就是諧波源。按照這個(gè)原則就能夠區分出所有的諧波源負載。實(shí)際上,經(jīng)常遇到的諧波源主要是兩類(lèi),整流電路和相控調功電路。

整流電路廣泛應用在變頻器、中頻爐、直流電機驅動(dòng)器、UPS電源,以及各類(lèi)電子設備的場(chǎng)合。相控調功電路電路采用可控硅調整導通角,從而控制燈光的強弱或電爐的溫度。

需要注意的一點(diǎn)是,二極管構成的整流電路本身并不會(huì )產(chǎn)生嚴重的諧波,只有當整流電路的后面連接了紋波濾波電容以后,才會(huì )產(chǎn)生嚴重的諧波電流。很多教科書(shū)中,在分析整流電路產(chǎn)生的諧波電流時(shí),沒(méi)有考慮濾波電容的情況,這與實(shí)際情況相差很遠。

為了簡(jiǎn)化對問(wèn)題的分析,我們從單相整流電路的分析開(kāi)始,三相整流電路產(chǎn)生諧波電流的機理與此相同。

圖1所示的是一個(gè)帶濾波電容的單相整流電路,大部分整流電路中都包含這個(gè)電容,否則直流電壓的紋波很大。電容上電壓保持在接近交流電峰值的電平。當交流電的電壓低于電容上的電壓時(shí),電網(wǎng)上沒(méi)有電流流入負載。這時(shí),負載的電流由電容供給,隨著(zhù)輸出電流,電容的電壓開(kāi)始降低,在某個(gè)時(shí)刻,交流電的電壓會(huì )高于電容上的電壓,這時(shí),電網(wǎng)上才會(huì )有電流流入電容(給電容充電,使電容上的電壓升高)和負載中。因此,電網(wǎng)僅在接近電壓峰值的時(shí)刻向負載輸入電流,電流的形狀為脈沖狀,如圖1所示。根據付立業(yè)分析,這種脈沖狀電流中包含了豐富的諧波成分。

如何識別諧波源負載?(圖1)

同樣的道理,3相整流器也會(huì )產(chǎn)生諧波電流,但是這時(shí)對應每個(gè)基波的波峰,不是一個(gè)脈沖電流,而是兩個(gè)脈沖電流,如圖2所示。

無(wú)論單相整流器還是三相整流器,他們的電流波形都發(fā)生了畸變,不再是正弦波電流,因此包含了諧波成份。

如何識別諧波源負載?(圖2)

帶有濾波電容的整流器從電網(wǎng)吸取脈沖電流。單相整流電路在每個(gè)交流電周期內,產(chǎn)生兩個(gè)脈沖電流,稱(chēng)為2脈整流器;對于3相整流電路,每個(gè)周期產(chǎn)生6個(gè)脈沖電流,稱(chēng)為6脈整流器。除此以外,還有12脈整流器、18脈整流器等。

整流器所產(chǎn)生的諧波的種類(lèi)與整流器脈數有關(guān),具體關(guān)系如下:

M = PN ±1

式中:

M = 整流器產(chǎn)生的諧波次數

P = 整流器的脈數

N取自然數。

典型信息設備的電流波形

如何識別諧波源負載?(圖3)

圖4是變頻器的輸入電流波形與電壓波形,圖中的雙峰波形時(shí)電流波形,其中包含了豐富的諧波成分,主要是5次和7次諧波。

如何識別諧波源負載?(圖4)

在分析一臺設備是否是諧波源時(shí),只要看他的電源輸入電路是否為整流電路,或者晶閘管調功電路。如果是,就要考慮控制諧波電流的問(wèn)題。