电网谐波分析解析

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短期效应
? 谐波电压可以影响电子系统中使用的控制器（晶体闸流管， plc（可 编程逻辑控制器）等）
? 导致电磁类仪表错误 ? 音频控制接收器（例如继电器）可以被电压谐波畸变干扰 ? 振动及噪声 ? 通信及控制电路上的干扰
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长期效应（热）
H1
? 单个谐波百分比：
这是“n”谐波的rms值与基波的rms值的比率
Hn
HDn
%=
x 100
H1
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谐波源设备
? 变速传动装置 ? 晶闸管控制设备 ? 固定式换流器（UPS不间断电源） ? 电弧炉 ? 电焊机 ? 大建筑物中的照明 ? 饱和电抗器（变压器）
y (t)
1.5
1
0.5
=
0
-0.5
-1
-1.5
h1 (t)
1.5 1 0.5 +0 wenku.baidu.com0.5 -1 -1.5
h3 (t)
? 谐波是由非线性负载产生
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线性及非线性负载
U I
?
I U
? 线性负载：
? 如果一个负载引导的电流与电源电压有相同的波形，则它 被称为是“线性的”。这样的电流没有谐波分量。
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谐波源
? 任何频率“f”的周期信号，无论它的波形是什么，都可以作为以下的总和被表现：
? 频率f的正弦分量，被称为基波（h1）
? 有频率的正弦分量（即基波的全倍数）被称为谐波（hn）.
? dc(直流)分量（如果可用）。
? 例：
y?t ? ? h1?t? ? h3?t ?
1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5
Ih9 = 7.8A.
I rms ? 56 .2 2 ? 27 .2 2 ? 2.7 2 ? 9.2 2 ? 7.8 2
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谐波畸变
? 总谐波畸变（THD）：
谐波的rms值与基波的rms值的比率（CIGRE定义）
THD
% = 100 x
H 2 2 + H 3 2 + ... + Hn 2
? 电容器发热由如下引起： ? 导电性 ? 电介质滞后 ? 由于机器及变压器中的额外损耗引起的发热 ? 定子及转子损耗 ? 由于趋肤效应而引起的额外变压器损耗 ? 电缆及设备的发热
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对电力设备的干扰
? 变压器： ? 有功损耗增加 ? 铁损耗增加（滞后） ? 电压THD的增加 ? 旋转机器： ? 定子损耗的增加 ? 铁损耗的增加（滞后） ? 脉动的机械扭矩造成效率降低，振动及噪声 ? 电压THD的增加
电网谐波
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电网谐波
? 谐波源，非线性及线性负载 ? 谐波次数及频谱 ? RMS（均方根）值 ? 谐波畸变 ? 谐波源设备 ? 谐波源例子 ? 谐波效应 ? 谐波对电容器的影响 ? 解决方案 ? 等效电路
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?图
Ph Is
FL
N
? 谐波频谱
51% H3, 11% H5, 8% H9...
100
80
60
40
20
0
H1 H3 H5 H7 H9
H11
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谐波效应
? 短期效应 ? 长期效应 ? 生成器上的干扰 ? 负载上的干扰
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谐波的次数及频谱
作为基波的％的谐波频谱 100 50
0
次数： ? 谐波次数定义为谐波频率等于基波频
率的倍数。 ? 例：对于50Hz的基波，第5次谐波的
频率是5 x 50 = 250 Hz。
频谱： ? 信号的频谱是作为不同的谐波各自频
率的功能显示它们的振幅的图。
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? 这样的负载的例子：电热器中的电阻器，稳态条件下 的电感负载（电动机，变压器等）
? 非线性负载：
? 如果一个负载引导的电流与电源电压没有相同的波形，则 它被称为是“非线性的”。这样的电流有高谐波分量。谐 波频谱取决于负载的类型。
? 例如 开关电源，整流电源，变压器
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L1 iIs e1
L2 e2
L3 e3
C Z
? 谐波电流是
S=122KVA THDI=30%
? 谐波频谱
28% H5, 5% H7, 6% H11, ...
100 80 60 40 20 0
H1
H5
H7
H11
H13
H17
H19
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电焊机 ? 单相负载 ? 有高谐波含量的电流 ? 持续在20到50周期之间！
? 谐波电流是
Is=341A THDI=58%
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? 谐波频谱
56% H3, 9% H5, 9% H7
100 80 60 40 20 0
H1
H3
H5
H7
H9
H11
H13
H15
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照明（荧光灯…）
? 单相负载 ? 谐波的电容阻抗
? 谐波电流是
S=22KVA THDI=53%
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变速传动装置 ? 3相负载 ? 产生5，7，11，13的高谐波电流 ? 电流是不稳定的
? 谐波电流是
S=23KVA THDI=124% 2.5 12 .5001.5 -0.5 --11.5 -2 -2.5
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? 图（无电抗器）
iIs
e1
M
C e2
e3
? 谐波频谱
81% H5, 74% H7, 42% H11, ...
100 50 0
H1 H5 H7 H11 H13 H17 H19 H21 H23
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整流器 /充电器
? 3相负载 ? 控制Gratz （格拉茨）桥 ? 产生5，7，11，13，…的谐波电流
?图
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Rms（均方根）值
? 非正弦周期信号的rms值是：
rms value (值 ) ? H 12 ? H 2 2 ? ... ? Hn 2
H1=基波分量 H2，…， Hn＝谐波分量 缩写词 rms 代表均方根。
? 例： 计算由单相负载（例如个人电脑）引导的 rms 电流： I fund. = 56.2A; Ih3 = 27.2A; Ih5 = 2.7A; Ih7 = 9.2A;