谐波的危害及抑制.pdf

·其他设计· 上海市电气工程设计研究会 2t)07年学术年会论文集 谐波的危害及抑制 林彬 (华东建筑设计研究院有限公司，上海200002) 摘要：对谐波的定义、产生、危害及对其抑制消除的方法进行探讨。 关键词：谐波；危害；功率因数补偿装置；调谐滤波器；有源滤波器 O 引 言 近年来，随着电网中非线性负载的逐渐增 加，其工作时向电源反馈的高次谐波导致电网污 染，电源品质下降，电能质量变坏，引起供用电设 备故障，甚至引发严重火灾事故等。世界上包括 我国的一些建筑物突发火灾被证明与电源污染有 关。现在，电网中的谐波问题已引起各界的广泛 关注，为净化电网，保证供电系统中所有的电气、 电子设备的正常、和谐工作，减少设备故障，杜绝 火灾隐患，就必须对电网中的谐波进行治理与抑 制。 l谐波的定义 在理想情况下，电源提供的电压和电流具有 标准50Hz频率的正弦波形，但在实际中供电电 压和电流的波形由于某些原因产生畸变，即叠加 了谐波成分，谐波是一些频率为基波频率整数倍 的正弦波分量，又称高次谐波。由设备或系统引 入的非正弦特性电流称为谐波电流。由谐波电流 和配电系统上产生的阻抗导致的电压降称为谐波 电压。 谐波频率与基波频率的比值(n=血印)称为 谐波次数。电网中有时也存在非整数倍谐波。谐 波实际上是一种干扰量，使电网受到“污染”。本 论文主要探讨谐波的发生、危害及抑制，其频率范 围一般为2≤，l≤40。 谐波成分的多少，反映了电压和电流实际波 形偏离理想波形的畸变程度，所以说，谐波是反映 系统电能质量好坏的一个重要指标。 2谐波的产生和谐波源 在电力的生产，传输、转换和使用的各个环节 中都会产生谐波。在用电系统中，产生谐波的根 本原因是由于具有非线形阻抗特性的用电设备用 电的结果。这些非线形负荷在工作时从电网取用 非正弦电流，就是说，即使电流给这些负荷供给的 是正弦波形的电压，但由于它们具有电流不随着 电压同步变化的非线形的电压-电流特性，使得流 过电网的电流是非正弦波形的，即这种电流是由 基波与谐波成分组成，结果使其波形产生畸变。 谐波电流流经电网阻抗，形成谐波电压，导致电源 系统的电压波形畸变，使电能质量变坏，从而影响 同一供电系统的其它负荷设备。 向公用电网注入谐波电流的电气设备或在公 用电网上产生谐波电压的电气设备称为谐波源。 具有非线性特性的电气设备是主要的谐波源，在 民用建筑项目中，主要有以下几类：1．晶闸管整流 设备；2．变频调速设备：变频电机、空调、微波炉 等；3．UPS电源系统、电梯；4．照明及其控制装置： 气体放电类光源、荧光灯、照明调光器、电子镇流 器等；5．家电办公类设备：电视机，电脑，打印机， 传真机等。 各种晶闸管电路产生的谐波次数与其电路形 成有关，称为电路的特征谐波，对于变流电路的网 侧特征谐波次数为：凡=助±1(其中／7,为谐波次 数，P为设备晶闸管脉冲数，k为自然数)。由此可 见，对于单相及二脉冲设备，其产生3次5次谐波 分量，其中又以3次谐波分量居多；对于三相六脉 冲设备，其产生5次7次11次谐波分量，其中又 以5次谐波分量居多； 在供电网络阻抗(电阻)下这样的非正弦曲 线电流导致一个非正弦蓝线的电压降。在供电网 络阻抗下产生谐波电压的振幅等于相应谐波电流 和对应于该电流频率的供电网络阻抗Z的乘积。 次数越高，谐波分量的振幅越低。其谐波分量的 幅值为：In=ll／n(其中肪为谐波分量幅值，n为 基波幅值，n为谐波次数)。 一195— 上海市电气工程设计研究会 2007年学术年会论文集 ·其他设计· 3 谐波的危害 3．1对变压器的影响 谐波电压的存在增加了变压器的磁滞损耗、 涡流损耗及绝缘的电场强度；谐波电流的存在增 加了铜损。对带有非对称性负荷的变压器而言， 会大大增加励磁电流的谐波分量。铁芯磁感应环 流增加，大大加大电气设备发热损耗增加功耗；加 速绝缘老化，影响设备寿命。另外谐波也会导致 变压器噪声增加。 3．2对旋转电动机的影响 谐波电流和电压对旋转电动机所造成的主要 效应为在谐波频率下所引起的额外温升。这些额 外损失将导致电动机效率大为降低，并影响转矩。 对电动机而言，每个谐波分量都有自身的相序 (正序、逆序、零序)，它表示旋转的方向(在感应 电动机中相对于基波磁场的正向而言)如下： 谐波次数 2 3 4 5 6 7 8 9 10 频率(Hz) 100 150 200 250 300 350 400 450 500 相序 一0 + 一0 4- 一0 + 三次谐波属零序谐波，零序谐波(即“3N”次 谐波)产生不变的磁场，但是因为谐波频率较高， 故磁性损耗大大增高而将谐波能量以热的方式放 出。负序的谐波产生反方向旋转的磁场(相对于 基波而言)，形成与电动机旋转方向相反的转矩， 从而使电机的力矩下降