谐波与整流器
整流电路的谐波分析
I
n2
2 n
1 为电压与基波电流间的相位差
1.2无功的基本概念
三相电路的功率因数： 对称：
P S P S
不对称：没有统一定义
理论依据不充分
关于无功、功率因数的计算值得探讨
3.谐波的产生与危害
主要谐波源： 传统非线性设备，包括变压器、旋转电机以及电弧炉等。 现代电力电子非线性设备 由于电力电子设备在各行业的大量应用，作为非线性设备 （谐波源）衍生物的电力谐波也比较普遍，根据日本电 气学会对186家有代表性的电力用户的调查结果，无谐 波源的用户仅占6％，主要谐波源来自90％的电力电子 装置用户，电力电子变换装置是目前主要的谐波源。
-50
-10
-50
-1
-100 0.5 0.505 0.51 0.515 time(s) 0.52 0.525
-20 0.53
-100 0.5 0.505 0.51 0.515 time(s) 0.52 0.525
-2 0.53
-400 0.10
0.12
0.14
0.16无功的基本概念
2） 非线性电路：
P, S 定义与线性电路相同
P U d I d U n I n cos n
n 1
S UI
U I
n 1 n n 1
n
U1 I1 1 THDu2 1 THDi2
2.无功的基本概念
Q 至今没有被广泛接受的权威定义
Q S 2 P2
3.谐波的产生与危害 谐波的危害：
1、线路损耗增加，传输能力下降 2、引起谐振和谐波的放大 3、使电机和变压器损耗增加，引起电机机械 振动 4、对继电保护、通信系统产生干扰
PWM 整流器的输入电流谐波分析及参数确定
verter wit h Fixed Switching Frequency. IEEE Trans. on IA. 1990 ,26 (5) :880～885. 2 Wu Rusong ,Dewan S B et al. Analysis of a PWM AC2
收稿日期 :1997203220 定稿日期 :1998203201
对电流谐波的分析 ,给出了系统参数设计规则 ,
作者简介
沈安文 男 ,1967 年 4 月生 ,博士后 。从事电力电子 、新型传动系统和计算机控制系统的研究 。 万淑芸 女 ,1940 年 2 月生 ,教授 。研究方向为电力传动及其自动化 。 王离九 男 ,1930 年 8 月生 ,博士生导师 ,教授 。研究方向为电力传动及其自动化 。 赵 金 男 ,1967 年 1 月生 ,博士 ,讲师 。研究方向为工业自动化 。
图 1 三相 PWM 整流器
由定义可知 , Da 、Db 、Dc 很容易得到[2 ] 。 将式 (2) 代入式 (1) ,则
∑ L
d ia dt
=
u+
ki 2
Ud Us
i
a
-
( ki Ud 2 Us
+
R s) i a 3
-
∞ Ud
n = 1 3 nπ
A
2 an
+
B
2 an
si
n
(
nωs
t
+
V T2 关断 ; S a = 0 时 ,V T1 关断 ,V T2 导通 。同
样也定义 B 相和 C 相的开关信号为 S b 、S c ,于
三相6脉波整流器谐波与触发角
三相6脉波整流器谐波与触发角
三相6脉波整流器是一种常见的电力电子设备，用于将交流电
转换为直流电。
在这种整流器中，谐波是一个重要的问题，因为它
会影响整流器的性能和稳定性。
谐波是指波形中含有频率是基波频
率的整数倍的成分，它会导致电网中的电压和电流失真，甚至会对
其他设备造成干扰。
谐波与触发角之间存在着密切的关系。
触发角是指控制整流器
中晶闸管导通的相位角度，通过调整触发角可以实现对整流器输出
电压的控制。
当整流器工作时，谐波的产生与触发角密切相关。
合
适的触发角可以减小谐波的产生，提高整流器的效率和稳定性。
因此，对于三相6脉波整流器来说，合理地选择触发角可以有效地减
小谐波的产生，从而改善整流器的性能。
从另一个角度来看，谐波与触发角还涉及到功率因数的问题。
谐波会导致电网中的功率因数下降，影响电网的稳定性，而通过调
整触发角可以实现对功率因数的控制，从而减小谐波对电网的影响。
总的来说，三相6脉波整流器的谐波与触发角之间存在着复杂
的相互关系，合理地选择触发角可以减小谐波的产生，提高整流器
的效率和稳定性，同时还可以改善功率因数，减小对电网的影响。
因此，在实际应用中，需要综合考虑谐波与触发角之间的关系，以实现整流器的最佳性能。
产生谐波的六大电气设备
产生谐波的六大电气设备产生谐波的电气设备、电子设备在当今社会应用相当广泛，例如：中频电炉，超声波装置，家用视听设备，电力电容器，电视机，电气设备，焊接设备，复印机，逆变器、计算机，通信设备，变频器，充电电气设备，变频空调，电动机、荧光灯，不间断电源等电气设备。
这些电气设备具有明显的非线性特性，工作时都会产生大量的谐波电流和谐波电压，当此类谐波电流及谐波电压超过注入公共连接点的谐波电流允许值和公用电网谐波电压限值，则将会危害电力用户和电网。
1.空调机电气设备 由于空调机电气设备功率较大，每台功率500W到数千瓦不等，根据相关的试验结果表明：空调机谐波电流的大小随着工作状态的变化而变化，制热状态下THDI％在22～34％区间；制冷状态下在20～27％区间；只开风扇未制热制冷状态下在6～9％区间，在此工作状态下以2～17次谐波为主。
可见，无论是制热还是制冷工作状态下，THDI都不是很小，甚至有可能还比较大。
2.电池充电器等电气设备用于各种对充电电池充电的装置均可称之为电池充电器，此类电气设备的谐波含有率取决于电池的数量和容量。
随着全球气候变暖、资源枯竭、以及国家节能减排的优惠政策的驱动下，属于新能源行列的电动汽车在未来将会被广泛的应用，因此未来它可能成为主要的产生谐波电流、谐波电压的家用电器之一。
因为充电器的连接与单相共整流电路相同，通过对电流的分解即可获得高次、奇次、以及各次谐波电流。
作为电源系统的负荷之一，变压器的励磁电流也应考虑在内。
对于充电器，在负荷电流中的励磁电流的比例是远远大于电力变压器，因此充电器等电气设备的谐波危害亦不容忽视。
3.计算机等电气设备一般计算机电气设备谐波电流和谐波电压及用电负荷的非线性用电主要来自显示器CRT。
由于家用计算机和商场计算机的应用普及以及计算机电气设备的谐波含有率相对比较高，这将引起电视机的谐波电流和计算机的谐波电流相位重合的可能性大大增加，从而导致计算机等电气设备的谐波效应会迅速增加，因此计算机等电气设备的谐波危害显而易见。
三相桥式整流电路中谐波电流的计算新方法
三相桥式整流电路中谐波电流的计算新⽅法三相桥式整流电路中谐波电流的计算新⽅法李槐树李朗如摘要提出了⼀种实⽤的新⽅法来计算三相桥式整流器所产⽣的谐波电流。
本⽅法考虑了交流侧电抗及电⽹中存在的谐波电压，导出了交直流两侧谐波电流的计算公式。
计算与实测结果表明，本⽅法准确实⽤。
关键词：三相桥式整流器波形畸变谐波电流谐波电压计算A New Method to Calculate Harmonic Currents in A Three-PhaseBridge RectifierLi Huaishu Li Langru(Huazhong University of Science and Technology 430074 China)Abstract This paper presents a new method to calculate the harmonic currents on both DC and AC sides in a three-phase bridge rectifier operating under pre-existing voltage distortion.The proposed method,which takes into account the AC side reactances and harmonic voltages already existing in AC network,gives out the calculating equations of DC and AC sides harmonic currents.Some practical rectifier circuits are calculated and carefully tested.The calculated results show that the proposed method is more accurate and more practical.Keywords:Three-phase bridge rectifier Voltage distortion Harmonic current Harmonic voltage Calculation1 引⾔电⼒系统中三相桥式整流器的使⽤极为⼴泛，由此引起的谐波电流也成了⼈们⽇益关注的问题。
电力系统中谐波的危害与产生（三篇）
电力系统中谐波的危害与产生电力系统中的谐波是由于电力设备的非线性特性引起的。
在电力系统中，谐波的危害包括对电力设备的损坏、电能质量的恶化以及对用户的影响等方面。
谐波的产生与非线性负载、电力设备的设计及运行、电网接地等因素有关。
谐波对电力设备的损坏是谐波危害的主要方面之一。
谐波会引起设备的绝缘老化、过热、机械振动等问题。
尤其是对于变压器和电动机等设备来说，由于谐波的存在会引起电流和电压的畸变，导致设备的工作效率下降，甚至引发设备的故障和停机。
此外，谐波还会引起电容器的谐振和过电压问题，增加电力设备的工作负荷，缩短其使用寿命。
谐波对电能质量的恶化也是谐波危害的重要方面之一。
谐波会导致电能质量的下降，主要表现为电压和电流的畸变，波形失真，功率因数的下降等。
这不仅会影响电力设备的正常工作，还会对电力系统的稳定性和可靠性造成影响。
谐波还会引起电力设备的谐振现象，导致设备振动，造成噪音污染，影响人们的生活质量。
谐波对用户的影响主要体现在电力质量的下降和对电子设备的损坏。
谐波会引起电压的波动和电流的畸变，导致电子设备的正常工作受到干扰，增加设备的故障率，降低设备的使用寿命。
尤其是对于一些对电力质量要求较高的用户来说，如计算机、通讯设备、医疗设备等，谐波对其正常工作的影响更为显著。
此外，谐波还会导致电能的浪费，增加用户的用电成本。
谐波的产生与非线性负载、电力设备的设计及运行、电网接地等因素有关。
非线性负载是产生谐波的主要原因之一。
非线性负载如电子设备、电力电子器件等在工作过程中会产生非线性电流，其含有大量谐波成分。
此外，电力设备的设计及运行也会引起谐波的产生，如电容器的谐振，变压器的匝间谐振等。
而电网的接地情况也会影响谐波的产生和传播，如电网的接地方式不当会引起谐波回流和间接接触问题。
为了减少谐波的危害，需要采取一系列的措施。
首先，可以通过合理选择电力设备和设备的工作参数来降低其谐波产生的概率。
其次，可以采用滤波器等设备对谐波进行抑制和补偿。
电力系统中谐波分析与治理
电力系统中谐波分析与治理在当今高度依赖电力的社会中，电力系统的稳定和高效运行至关重要。
然而，谐波问题却成为了影响电力系统性能的一个重要因素。
谐波的存在不仅会降低电能质量，还可能对电力设备造成损害，增加能耗，甚至影响整个电力系统的安全稳定运行。
因此，对电力系统中的谐波进行深入分析，并采取有效的治理措施，具有极其重要的意义。
一、谐波的产生谐波是指频率为基波频率整数倍的正弦波分量。
在电力系统中，谐波的产生主要源于以下几个方面：1、非线性负载电力系统中的许多负载，如电力电子设备（如变频器、整流器、逆变器等）、电弧炉、荧光灯等，其电流与电压之间不是线性关系，从而导致电流发生畸变，产生谐波。
2、电力变压器变压器的铁芯饱和特性会导致磁化电流出现尖顶波形，进而产生谐波。
3、发电机由于发电机的三相绕组在制作上很难做到绝对对称，以及铁芯的不均匀等因素，也会产生少量的谐波。
二、谐波的危害谐波对电力系统的危害是多方面的，主要包括以下几点：1、增加电能损耗谐波电流在电力线路中流动时，会增加线路的电阻损耗和涡流损耗，导致电能的浪费。
2、影响电力设备的正常运行谐波会使电机产生额外的转矩脉动和发热，降低电机的效率和使用寿命；对电容器来说，谐波可能导致其过电流和过电压，甚至损坏；对于变压器，谐波会增加铁芯损耗和绕组的发热。
3、干扰通信系统谐波会产生电磁干扰，影响通信设备的正常工作，导致信号失真、误码率增加等问题。
4、降低电能质量谐波会使电压和电流波形发生畸变，导致电压波动、闪变等问题，影响供电的可靠性和稳定性。
三、谐波的分析方法为了有效地治理谐波，首先需要对其进行准确的分析和测量。
常见的谐波分析方法主要有以下几种：1、傅里叶变换这是谐波分析中最常用的方法之一。
通过对周期性信号进行傅里叶级数展开，可以得到各次谐波的幅值和相位。
2、快速傅里叶变换（FFT）FFT 是一种快速计算傅里叶变换的算法，大大提高了计算效率，适用于对大量数据的实时分析。
PWM整流器在电网谐波抑制中的应用研究
毕业论文课题名称:PWM整流器在电网谐波抑制中的应用研究学生姓名与学号:郭壮*********所在院系: 电气信息工程学院专业年级: 电气工程及其自动化2012级专升本指导教师及职称: 王化冰副教授平顶山学院教务处制第1章绪论1．1背景和意义电能的使用是衡量一个国家科学技术与经济发展水平的重要标志之一，随着电力电子技术的发展，电力网络负荷的急剧加大，非线性负荷容量的不断增长，电网中出现了电压电流波形畸变、电压波动与闪变，以及三相不平衡等电能质量问题。
理想状态的公用电网是以恒定的频率，标准的电压和正弦波形对用户供电，但因为非线性电力负荷的大量应用，产生了大量的谐波电流、谐波电压和无功，引发了各种问题，如损耗增加、效率降低、噪声和过压过热等，严重恶化了电力生产环境。
于是各国的电力科技人员对谐波抑制和无功补偿这方面的课题研究产生了浓厚的兴趣。
并且随着电力电子技术的飞速发展，在这方面取得了一些突破性发展，其中美日两国的科研人员取得了巨大的成就，而国内目前多处在起步阶段；另外从维护绿色环境的角度来看，无谐波就是电力系统环境“绿色”的主要标志之一，所以该研究是很有实际意义的。
1．2国内外研究与发展现状传统的谐波抑制方法是使用LC滤波器，但其损耗大，参数易变，不能动态补偿等缺点已不能满足电能质量的要求。
动态抑制谐波，补偿无功的新型电力电子装置有源电力滤波器(APF)成为近些年来研究的热点。
APF是在1971年由Sasaki．H最早提出。
1982年世界上第一台并联型有源滤波器投入工业应用；1987年Takeda等提出串联APF 加并联无源滤波器的混合有源电力滤波器(HAPF)；1988年，F．Z．Peng等提出串联APF加并联无源滤波器的HAPF；1990年，H．Fujit等提出APF与无源滤波器相串联的HAPF；1994年，H．Akagi等提出串联APF和并联APF的HAPF等等。
最近又有人提出统一电能质量调节器(UPQC)，结合并联有源电力滤波器和串联有源电力滤波器的优点，综合改善电能质量。
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6脉冲整流UPS 6脉冲整流+5次/ 7次谐波滤除器 12脉冲整流 12脉冲整流+11次/13次谐波滤除器 高频UPS(带cosψ校正) IGBT PWM 整流/有源滤波器
注：在用户资金富裕的情况下,发电机组还应备有1.25倍的 余量。
高频机和工频机的区别
高频机 ¾ 采用IGBT或二极管+IGBT Boost升压整流器,加大输入电压范围, 输入功率因数提高 ¾ 采用双倍直流供电 ¾ DSP控制,输出采用SPWM技术 ¾ 逆变器工作频率在20K-30K之间,只需较小尺寸的滤波器 ¾ 动态响应特性好 ¾ 摈弃了传统的逆变器输出变压器
利用IGBT控制输入电压, 来使输入电流与电压同相 位
谐波分量
IGBT整流器
• 采 用 高 频 脉 宽 调 制 型 IGBT 整 流 器 技 术， 对 电 网 的 适 应 能 力 很 强。不带滤波 器时 输入功率因数就 可高达 0.99 • 优点: – 减少了对电网的谐波污染 <3%--绿色电源 – UPS输入端的线缆,保险,空开等容量
• 谐波理论
100 100 谐波电流 [%] 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 1 5 0 7 11 13 谐波分量 0 17 0 19 23 25 9 8 4 4
12脉冲整流器电流波形
IGBT 整流器
– with Harmonic Control™
100 100 谐波电流 [%] 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 0 5 0 7 0 11 0 13 0 17 0 19 0 23 0 25
高频机和工频机的区别
L1 INV A ＋BOOST ＋DC L2 N INV B N －DC －BOOST INV C
L3
高频机和工频机的区别
• 高频机
– 优点: • 尺寸小 • 价格低 • 效率高 • 噪音低 – 缺点: • 升压部件和电池需要量加倍 • 对动态负载和非线形负载适应能力较差
高频机和工频机的区别
•每相可控硅在1/3周 期导通.产生奇次谐波 n=6k±1(K为正整数) •谐波分量>30%
谐波分量
谐波扰动
Fundamental 3rd Harmonic 5th Harmonic 7th Harmonic 11th Harmonic 13th Harmonic 17th Harmonic 19th Harmonic
• 工频机
– 采用可控硅整流器 – 逆变器工作频率较低 6-12Khz – 带输出变压器(电气隔离和滤波作用)
• 优点:
– 负载与公共电源隔离 – 带非线形负载和动态负载好 – 短路性能好
• 缺点:
– 体积/重量大 – 价格高 – 有变压器损耗
UPS 知识
UPS知识
• 不同整流器的设计方案 • UPS与发电机容量的配比 • 高频机和工频机的区别
6脉冲整流器
• 谐波理论
100 100 谐波电流 [%] 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 5 7 11 13 17 19 23 25 20 14 9 8 6 5 4 4
缺点: ¾电路复杂,MTBF(平均无故障时间)下降 ¾EMI高,效率下降 ¾成本高
12脉冲整流器
+
至逆变器
-
0
L1 L2 L3
B+ B-
Y
逻辑控制
12脉冲整流器
12脉冲整流器
优点: –THD < 10% 满载 缺点: –需要两个整流器和一个移相变压器 –效率比较低 –费用增大，体积也增大
12脉冲整流器
可以减小--降低用户的投资成本 – 与发电机的容量能得到最佳匹配 – 不会因加装滤波器而造成能量损 失 – 机器重量轻--易于安装和运输
U
I
Hale Waihona Puke 柴油机 / UPS容量匹配
设Pg为柴油发电机功率；Pui为UPS输入功率
UPS输入电路
单相全桥整流UPS
容量匹配Pg / Pui 3～ 4 2.5～3 1.7～2.3 1.6～2.2 1.4～2 1.5～2.4 1.1
50 Hz 150 Hz 250 Hz 350 Hz 550 Hz 650 Hz 850 Hz 950 Hz
60 Hz 180 Hz 300 Hz 420 Hz 660 Hz 780 Hz 1020 Hz 1140 Hz
6脉冲整流器的电流波形
6脉冲整流器
6-脉冲整流器+无源滤波器(LC)
优点: –THD <5% 满载条件下 –简单可靠,可任意时候加装 –可提高功率因数
缺点: ¾在特定条件下，无源滤波器会和电网内阻发 生谐振 ¾抑制高次谐波效果差 ¾效率降低 ¾费用增加且体积增大
6脉冲整流器
6-脉冲整流器+有源滤波器(APF), -采用补偿原理向电网注入
与谐波电流相位相反, 幅值相同的电流.大都采用 三相可控硅电路
优点: –THD <5% –不会发生共振现象 –不受系统阻抗变化的影响 –不受谐波频率变化的影响