供电系统中谐波的产生-危害及治理
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质量的一个不容忽视的因素。
谐波不仅会导致电力设备的损坏,还会增加电能损耗,降低电力系统的可靠性。
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,具有十分重要的意义。
一、谐波的产生要理解谐波,首先需要了解它的产生原因。
谐波主要来源于电力系统中的非线性负载。
常见的非线性负载包括各种电力电子设备,如变频器、整流器、逆变器等,以及电弧炉、荧光灯等。
以变频器为例,它通过对电源进行快速的通断控制来实现对电机转速的调节。
在这个过程中,电流和电压的波形不再是标准的正弦波,而是包含了各种频率的谐波成分。
整流器在将交流电转换为直流电的过程中,由于其工作特性,也会产生谐波。
同样,电弧炉在工作时,电弧的不稳定燃烧会导致电流的剧烈变化,从而产生谐波。
二、谐波的危害谐波的存在给电力系统带来了诸多危害。
对电力设备而言,谐波会使变压器、电动机等设备产生额外的损耗,导致设备发热增加,缩短使用寿命。
对于电容器来说,谐波电流可能会使其过载甚至损坏。
在电能质量方面,谐波会导致电压和电流波形的畸变,使电能质量下降,影响用电设备的正常运行。
例如,对于计算机等精密电子设备,谐波可能会引起数据丢失、误操作等问题。
此外,谐波还会增加电力系统的无功功率,降低功率因数,从而增加线路损耗和电能浪费。
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。
目前,常用的谐波分析方法主要有傅里叶变换、小波变换和瞬时无功功率理论等。
傅里叶变换是谐波分析中最常用的方法之一。
它可以将一个复杂的周期性信号分解为不同频率的正弦波分量,从而得到各次谐波的幅值和相位信息。
然而,傅里叶变换在处理非平稳信号时存在一定的局限性。
小波变换则能够很好地处理非平稳信号,它通过对信号进行多尺度分析,可以更准确地捕捉到信号在不同时间和频率上的特征。
谐波的产生和危害有哪些 谐波的抑制方法

谐波的产生和危害有哪些谐波的抑制方法谐波使电网中的电器元件产生了附加的谐波损耗,降低了输变电及用电设备的效率。
关于“谐波的产生和危害有哪些谐波的抑制方法”的详细说明。
1.谐波的产生和危害有哪些1.谐波使电网中的电器元件产生了附加的谐波损耗,降低了输变电及用电设备的效率。
2.谐波可以通过电网传导到其他的电器,影响了许多电气设备的正常运行,比如谐波会使变压器产生机械振动,使其局部过热,绝缘老化,寿命缩短,以至于损坏;还有传导来的谐波会干扰电器设备内部软件或硬件的正常运转。
3.谐波会引起电网中局部的串联或并联谐振,从而使谐波放大。
4.谐波或电磁辐射干扰会导致继电器保护装置的误动作,使电气仪表计量不准确,甚至无法正常工作。
5.电磁辐射干扰使经过变频器输出导线附近的控制信号、检测信号等弱电信号受到干扰,严重时使系统无法得到正确的检测信号,或使控制系统紊乱。
2.谐波的抑制方法(一)降低谐波源的谐波含量在谐波源上采取治理措施,从源头上最大限度地避免谐波的产生。
这就需要在设计、制造和使用谐波源设备时,要注意谐波对供电系统及其供用电设备的影响,采取切实可行的治理措施。
用电业务管理部门要严格把关,对于没有采取治理措施的谐波源用户,要禁止其入网运行。
(二)在谐波源处吸收谐波电流这种方法是对已有谐波进行有效抑制的方法,也是目前电力系统使用最为广泛地抑制谐波的方法。
其主要方法有以下几种:1.无源滤波器无源滤波器安装在电力电子设备的交流侧,由L、C、R元件构成谐振回路,当LC回路的谐振频率和某一高次谐波电流频率相同时,即可阻止该次谐波流入电网。
这种方法由于具有投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便等优点,是目前采用的抑制谐波及无功补偿的主要手段。
2.有源滤波器有源滤波器即利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流,使电源的总谐波电流为零,达到实时补偿谐波电流的目的。
3.防止并联电容器组对谐波的放大在电网中并联电容器组起改善功率因数和调节电压的作用。
谐波危害及抑制谐波的方法

谐波危害及抑制谐波的方法谐波是指频率高于基波的电磁波,它们会频繁出现在我们的电力系统和其他电力设备中。
虽然谐波在一些应用中可产生有益效果,但在大多数情况下,它们都是一种电力质量问题,会给电力系统和其他设备带来一系列危害。
1.设备损坏:谐波会增加设备内的电流和电压,导致设备发热加剧,并可能引起设备元件过热、熔断或焚毁。
此外,频繁的谐波还会引起设备的机械振动,造成设备损坏。
2.电力系统不稳定:谐波引起系统的电流和电压的波形失真,导致电力系统不稳定。
此外,谐波会导致电力系统中的谐振现象,这些谐振可以引起电力系统中的电流和电压急剧增加,可能破坏设备。
3.通信干扰:谐波会产生大量的高频干扰信号,这些信号可能干扰无线通信和其他电磁波设备的正常运行。
在高度电子化的社会中,这种通信干扰可能会带来严重的问题。
为了抑制谐波带来的危害,可以采取以下方法:1.装置谐波滤波器:谐波滤波器用于减小电力系统中的谐波。
滤波器通常会将谐波通过处理电路转化成其他形式,或者将它们绕过电力系统,以防止它们对设备和系统产生影响。
2.使用变压器:变压器可以用来减小谐波的影响。
通过在电力系统中安装特定的谐波抑制变压器,可以将谐波电流限制在合理的范围内,从而降低谐波的危害。
3.电源滤波器:为敏感设备提供干净的电力供应也是一种有效的抑制谐波的方法。
电源滤波器可以滤除电力供应中的谐波元素,从而降低谐波对设备的危害。
4.合理的电源设计:在电力系统设计阶段,可以采取一些措施来减小谐波的生成。
例如,选择适当的线路,减小高谐波的产生,或者选择低谐波的电力设备。
5.故障检测和维护:及时发现和处理设备和系统中的谐波问题至关重要。
定期进行电力设备的检查和维护,可以发现并消除谐波带来的潜在危害。
总而言之,谐波在电力系统和其他电力设备中的存在可能带来很多危害。
为了抑制这些危害,我们可以采取各种措施,包括使用谐波滤波器、变压器、电源滤波器、合理的电源设计以及进行定期的检查和维护。
谐波的产生原因危害与治理

谐波的产生原因危害与治理谐波是指信号在传输过程中产生的频率是原有信号频率的整数倍的现象。
谐波一般是由于信号源产生幅度非线性特性、信号传输线路的不完美特性以及外界干扰等多种因素共同作用所导致的。
1.非线性特性:当信号源的输入电压超过其线性范围时,信号源会产生非线性失真。
这种非线性特性会使得原信号分解成包含各种谐波成分的信号,即产生谐波。
2.传输线路的不完美:在电力传输和通信线路中,由于电导率不一致、绝缘材料的不均匀性以及线路的接地等因素,会引起谐波的产生。
这些因素使得线路对于不同频率的信号具有不同的传输特性,从而造成信号的失真和谐波的产生。
3.外界干扰:外界电磁辐射的干扰也会引起谐波的产生。
当外界电磁波与系统内的信号相互作用时,可能会产生共振现象,从而导致谐波信号的产生。
谐波的存在会带来一系列的危害,包括以下几个方面:1.信号失真:谐波信号会改变原信号的波形和频谱特性,导致信号失真。
这会影响到电力传输系统和通信系统中的信号传输质量,降低系统的可靠性和稳定性。
2.设备损坏:谐波会导致电流和电压的波形变形,产生大量的电磁干扰。
这些干扰会对设备的正常工作造成影响,甚至会导致设备损坏和故障。
谐波还可能引起设备内部电子元件的过热现象,加速设备老化和损坏。
3.电力系统能源浪费:谐波会引起电力系统中电流和电压的非功率信号,造成能量损耗。
这不仅会浪费能源,还会导致电力系统的效率降低。
为了治理谐波对系统的危害,可以采取以下几种方法:1.模拟电路设计中采用线性器件:选择线性器件作为信号源和信号传输线路中的关键部件,减少非线性特性对信号的影响。
2.使用滤波器:在信号源和负载之间加入合适的滤波器,可以有效地滤除谐波成分,保证原信号的传输质量。
3.优化供电系统:针对供电系统中频繁出现谐波问题的设备,进行电源选择、接线方式和接地设计的优化,减少谐波产生。
4.电源质量改进:加强对供电设备的质量管理,采用高质量的电源设备,减少谐波对电力系统的影响。
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。
电力系统谐波的危害及其常用抑制方法

电力系统谐波的危害及其常用抑制方法电力系统中的谐波是指频率为基波频率的整数倍的电压和电流成分,它们在电力系统中的存在会引起一系列的问题和危害。
下面将详细介绍电力系统谐波的危害及其常用抑制方法。
一、谐波的危害1.电压失真:谐波的存在会使电压波形发生畸变,进而导致电压的失真,使电力设备无法正常运行。
电压失真还会对电力设备造成较大的冲击和损害,缩短设备的寿命。
2.系统能效下降:谐波会导致电力系统中电流的失真,由于谐波电流引起的额外功耗,使得系统能效下降。
这会导致电力设备的能耗增加,降低整个系统的效率。
4.电磁兼容性问题:谐波信号会干扰电力系统周围的其他电子设备,导致电磁兼容性问题。
这会对邻近的电子设备造成干扰,影响设备的正常运行。
5.高频谐波产生的热问题:高频谐波会导致电力设备产生过多的热量,进而引起绝缘材料的老化和烧损,甚至造成火灾。
这对电力系统的安全性构成严重威胁。
二、谐波抑制的常用方法1.变压器和电机的设计优化:在变压器和电机的设计中考虑谐波的影响,通过选择合适的材料和结构,减小谐波对设备的影响。
例如,在电机设计中,可以增加骨架的厚度或配置合适的磁路副将谐波分向其他通道。
2.滤波器的应用:安装合适的滤波器可以有效地抑制谐波。
滤波器可以通过改变电源电路的阻抗特性,将谐波电流引向滤波器,从而减小谐波的水平。
4.负载侧的谐波抑制:对于谐波敏感的设备,可以在负载侧采取一些措施来抑制谐波。
例如,使用谐波阻抗装置或磁性隔离器等。
5.教育和培训:提高电力系统从业人员对谐波问题的认识和理解,增强其对谐波抑制方法的应用能力,能够及时发现和解决谐波问题。
总之,谐波对电力系统的危害不容忽视。
为了保证电力系统的正常运行和设备的安全性,需要采取有效的措施来抑制谐波。
以上所提到的方法是目前常用的谐波抑制方法,但需要根据具体情况选择合适的方法。
谐波产生的原因危害和抑制措施

谐波产生的原因危害和抑制措施0前言随着电力电子技术的飞速发展,各种新型用电设备越来越多地问世和使用,高次谐波的影响越来越严重。
电力系统受到谐波污染后,轻则影响系统的运行效率,重则损坏设备以至危害电力系统的安全运行。
以前,电力系统考核电能质量的主要指标是电压的幅值和频率,现在世界各国都把电网电压正谐波形畸变率极限值作为电能质量考核指标之一,正确认识谐波已成为电力工作者的重要任务之一。
因此,研究和分析谐波产生的原因、危害和抑制谐波的措施具有重要的实际意义。
1谐波产生的原因在供电系统中谐波的发生主要是由两大因素造成的:(1)可控硅整流装置和调压装置等的广泛使用,晶闸管在大量家用电器中的普通采用以及各种非线性负荷的增加导致波形畸变。
(2)设备设计思想的改变。
过去倾向于采用在额定情况以下工作或裕量较大的设计。
现在为了竞争,对电工设备倾向于采用在临界情况下的设计。
例如有些设计为了节省材料使磁性材料工作在磁化曲线的深饱和区段,而在这些区段内运行会导致激磁材料波形严重畸变。
2谐波对电力系统的危害谐波对电力系统的污染日益严重,谐波源的注入使电网谐波电流、谐波电压增加,其危害波及全网,对各种电气设备都有不同程度的影响和危害。
现将对具体设备的危害分析如下:(1)交流发电机。
同步电动机及感应电动机在定子绕组和转子绕组产生附加热损耗,热损耗除谐波电流铜损I2nR以外,还由于电流的集肤效应,产生附加损耗,对转子引起热损耗增大。
对大型汽轮发电机来说,若发生多次谐波振荡,谐波电流超过额定电流的25%时,由于上述原因可能会导致转子局部过热而损坏。
对变压器来说,铁芯产生热损耗,尤其是涡流损耗大,在变压器绕组中有谐波电流,在铁芯中感应磁通,产生铁损。
(2)架空线路谐波电流产生热损,较大的高次谐波电流分量能显著地延缓潜供电流的熄灭,导致单相重合闸失败。
电缆中的谐波电流会产生热损,使电缆介损、温升增大。
(3)电力电容器由于谐波电流会引起附加绝缘介质损耗,加快电力电容器绝缘老化。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
供电系统中谐波的产生-危害及治理目录1、概述 (2)2、谐波的定义 (3)3、谐波的产生 (7)3.1 发电机产生的谐波 (8)3.2 输配电系统产生的谐波 (8)3.3 用电设备产生的谐波 (8)4.谐波的危害 (10)4.1 谐波增加发、输、供和用电设备的附加损耗 (10)4.2 影响电力测量的准确性 (12)4.3影响继电保护和自动装置的工作和可靠性 (12)4.4 干扰通信系统工作 (13)4.5 影响用电设备的正常工作 (13)5 谐波检测的方法 (15)5.1 傅里叶变换的基本原理 (15)5.2 FFT算法 (16)5.3 FFT算法在谐波检测中的应用 (16)6.谐波的治理方法 (23)6.1 主动型谐波抑制 (23)6.2 被动型谐波抑制 (25)7.结语 (28)参考文献 (29)致谢 (31)2、谐波的定义供电系统谐波,是指一些频率为基波频率(我国取50HZ )整数倍的正弦波分量,又称为高次谐波。
这是由于在交流电网中,由于存在许多的非线性电气设备,电压u(t)和电流i(t)的波形实际上不是完全的正弦波形,而是存在一定畸变的非正弦波。
它通常是周期性的电气分量,利用傅里叶级数分析,可得到如下等式:式中 项称为基波,称为基波频率;其他各项均成为谐波。
由于谐波频率是基波频率的整数倍,所以 被称为二次谐波, 被称为三次谐波,……。
、 为第n 次谐波电压、电流的有效值, 、 是第n 次谐波电压、电流的初相角。
为了能够更好的理解谐波的定义,我们可以参照图2.1和图2.2。
图2.1 理想的交流电压、电流波形)sin(2)(1n n n t n U t u αω+=∑∞=)sin(2)(1n n n t n I t i βω+=∑∞=t ωsin ωt ω2sin t ω3sin n U n I n αnβ图2.2 实际的交流电压、电流波形图2.1是理想的交流电压,电流波形,图2.2是实际的交流电压,电流波形。
比对两个图,可以发现在图2.2中的波形中存在明显毛疵,凹陷或者凸起,这些瑕疵就是由于谐波的存在而造成的。
在国际电工标准(IEC555-2)和在国际大电流会议的文献中的定义:“谐波分量为周期量的傅里叶级数中大于1的n次分量”。
IEEE标准中定义为:“谐波为一周期波或量的正弦波分量,其频率为基波频率的整数倍”。
由于谐波频率是基波频率的整数倍,因此,我们也常称它为高次谐波。
3、谐波的产生在电能的生产、传输、转换和使用的各个环节中都会产生谐波。
在其它几个环节中,谐波的产生主要是来自具有非线性特性的电气设备:①具有铁磁饱和特性的铁芯设备,如:变压器、电抗器等;②以具有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备,如:气体放电灯,交流弧焊机、炼钢电弧炉等;③以电力电子元件为基础的开关电源设备,如:各种电力变流设备(整流器、逆变器、变频器)、相控调速和调压装置、大容量的电力晶闸管可控开关设备等,它们大量的用于化工、电气铁道、冶金、矿山等工矿企业以及各式各样的家用电器中。
即使电源电压是正弦波形,但由于负荷具有其电流不随电压同步变化的非线性的电压—电流特性,使得流过负荷的电流是非正弦波形的,它由基波及其整数倍的谐波组成。
产生的谐波使电网电压严重失真,而电网还必须向它提供额外的电能。
低压供电系统的非线性设备产生的谐波电流可分为稳定的和波动的两大类谐波。
前者的幅度不随时间变化,如视频显示设备和测试仪表等产生的谐波,这类设备对电网来说表现为恒定的负载;后者由激光打印机、复印机、微波炉等产生,各次谐波的幅值随时间变化,这类设备对电网来说是一个随时间变化的负载。
随着电力电子设备使用的不断增加,产生的谐波又具有较大的振幅,它们是电力系统在稳态运行下的主要谐波源。
前面已经提到谐波源通常是指各类特定的电气设备,即非线性电气设备,我们将这些电气设备进行分类,主要可以分为以下四大类:(1)电弧加热设备:如电弧炉、电焊机等。
(2)交流整流的直流用电设备:如电力机车、电解、电镀等。
(3)交流整流再逆变用电设备:如变频调速、变频空调等。
(4)开关电源设备:如中频炉、彩色电视机、电脑、电子整流器等。
目前,电力系统谐波的产生主要来自三方面:发电机产生谐波,输配电系统产生谐波,用电设备产生谐波。
3.1 发电机产生的谐波发电机由于三相励磁绕组在制作上很难做到绝对对称,因此,磁极磁场也并非完全按正弦分布,感应电势也就不完全是正弦波,多少也会产生一些谐波。
但是,正常设计的发电机,由于对发电机的结构和接线采取一些措施,在一定程度上消弱谐波的电势,其电势谐波含量很小,一般可以忽略不计。
当对发电机的结构和接线采取一些措施后,可以认为发电机供给的是具有基波频率的正弦波形的电压。
3.2 输配电系统产生的谐波输配电系统中,电力变压器是产生谐波主要设备。
由于变压器铁芯具有非线性的磁化特性,加上设计变压器是考虑经济性,其设计磁通密度选择在磁滞回线的拐点附近,造成变压器的励磁电流(即空载电流)为非正弦波形,其中含有大量的谐波电流。
谐波电流的大小与设备工作时施加的电压幅值有关,电压越高,运行点越深入饱和区,空载电流的波形畸变越大,谐波含量越高,其中3次谐波电流可达额定电流的0. 5%。
由于配电系统中存在为数众多的变压器,空载电流中的谐波在线路电感和对地电容的放大下,可以汇合成相当大的配电系统谐波电流。
3.3 用电设备产生的谐波晶闸管整流设备:由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源大等许多方面得到了越来越广泛的应用,给电网造成了大量的谐波。
我们知道,晶闸管整流装置采用移相控制,从电网吸收的是缺角的正弦波,从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波,显然在留下部分中含有大量的谐波。
如果整流装置为单向整流电路,在接感性负载时则含有奇次谐波电流,其中3次谐波的含量可达基波的30%;接容性负载时则有奇次谐波电压,其谐波含量随电容值的增大而增大。
经统计表明:整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%,这是最大的谐波源。
变频装置:变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中,由于采用了相位控制,谐波成分很复杂,除含有整数次谐波外,还含有份数次谐波,这类装置的功率一般较大,随着变频调速的发展,对产生的谐波也越来越多。
电弧炉、电石炉:电弧炉在冶炼过程的熔化期造成的由于三相电极间的反复不规则金属性短路、断弧而产生谐波。
由于三相负荷不对称,产生较多三次谐波。
电石炉在配电网或较小供电网中也是重要的谐波源,其中主要是2至7次的谐波,平均可达基波的8%、20%,最大可达45%。
气体放电光源:荧光灯、高压汞灯、高压纳灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。
它们利用具有一定压力的汞、钠、镝、铟或金属卤化物的蒸汽,电弧放电时因具有负的伏安特性而产生谐波电流。
气体放电灯主要产生三次谐波。
家用电器:电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等,因具有调压整流装置,会生产较深的奇次谐波。
在洗衣机、电风扇、空调等有绕组的设备中,因不平衡电流的变化也能使波形改变。
这些家用电器虽然功率较小,但数量巨大,也是谐波的主要来源之一。
同时这些设备产生的谐波又具有较大的振幅,所以目前它们是供电系统中的主要谐波源。
以上为目前电力系统中存在的主要谐波源,在读文献的过程中我们不难发现,一般情况下我们在进行谐波分析的时候只考虑电力系统中存在的奇次谐波,而不考虑偶次谐波,这主要是因为以下两个方面的原因:一是,奇次谐波的危害远远大于偶次谐波的危害;二是,在平衡的三相系统中,由于对称关系,偶次谐波已经被消除了,只有奇次谐波存在。
4.谐波的危害谐波的危害表现为干扰通信线路的正常工作;引起电机、变压器和电容器等电气设备附加损耗和发热,使设备温度升高,效率降低;绝缘加速老化,缩短使用寿命,甚至损坏;降低继电保护、控制,以及检测装置的工作精度和可靠性等。
谐波注入电网后会使无功功率加大,功率因数降低,甚至可能引发并联或串联谐振,损坏电气设备。
随着电子技术的发展,使用大功率半导体开关器件以及各类开关电源的产品的增多,如电视机、空调器、节能灯、调光器、洗衣机、微波炉等家用电器和信息技术设备等迅速涌入居民家庭,虽然每台设备向电网注入的谐波电流不大,但设备数量大、分布广。
有些家用电器如电视机、空调器等还有集中使用的特点,使某些时段对公用电网造成的谐波问题特别突出,不但使接入电网的设备无法正常工作,甚至造成故障,而且还会使供电系统中性线承受的电流超载,影响供电系统的电力输送。
在电压跌落、浪涌、电压脉冲与瞬时供电中断等电能质量问题,虽然持续时间很短、变化很快,但对敏感的设备还是会造成一定的破坏作用。
如计算机失去电源2s就可能破坏数据或数据丢失;在0·1s内电压突降就可能对自动化设备控制的连续精加工生产线造成异常的生产状况和质量破坏等。
又如谐波电压在电动机短路阻抗上产生的谐波电流和电动机负序基波电流一起使设备产生附加热损耗,并且在电动机起动时容易发展成干扰力矩,并产生附加谐波损耗,降低功率因数。
因此谐波问题引起了各有关方面的高度重视。
本文会在接下来的章节中分别介绍谐波的主要危害。
4.1 谐波增加发、输、供和用电设备的附加损耗谐波的存在会增加发、输、供和用电设备的附加损耗,使设备发热,降低设备的效率和利用率。
比如:(1)对旋转电机的危害谐波对同步电动机的危害主要是由于趋肤效应引起转子表面局部过热,降低使用寿命。
也能引起定子零部件过热。
当谐波电流频率接近于定子零部件固有频率时,能引起电机发生强烈震动。
对于感应电机来讲,会引起定子绕组过热,对于绕线电机也会引起转子过热,危及绝缘,缩短电动机使用寿命。
也可能引起机械震动,甚至损坏。
定子绕组中的正序和负序谐波电流分别产生正向和反向旋转磁场,从而降低电机效率。
谐波对旋转电机的另一项危害是产生附加的损耗和转矩。
磁滞、涡流等随着频率的增高使旋转电机的铁心和绕组中的附加损耗增加。
供电系统中电动机负荷约占总负荷的85%。
因此,谐波使附加损耗增加的影响最为显著。
电动机的出力一般不能按发热情况调整,由谐波引起电动机的发热效应按它能承受的谐波电压折算成等值的基波负序电压来考虑。
试验表明,额定出力下持续承受3%额定电压的负序电压时,电动机的绝缘寿命要减少一半。
因此,国际上一般建议在持续工作的条件下,电动机承受的负序电压不宜超过额定电压的2%。
谐波电流产生的谐波转矩对电动机的平均转矩影响不大,但谐波会产生显著的脉冲转矩,这种振荡力矩使汽轮发电机的转子元件发生扭振,并使汽轮机叶片产生疲劳循环。
(2)对变压器的危害谐波电流除会引起变压器绕组附加发热外,还会使外壳、外层的钢片和某些紧固件发热,造成绝缘介质老化,缩短变压器使用寿命。
正序和负序谐波电流同样使变压器铁芯产生磁滞伸缩和噪声。