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1、非典型电力负荷（交-交变频器驱动负荷）的无功和谐波及对策综述非典型电力负荷(交一交变频器驱动负荷)的无功和谐波及对策AnalysisandAffectMeasuresforReactiveandHarmonicsinAtypicalPowerLoad(CycloconVerterDriveLoad)沈龙大男,教授级高工,从事电力电子技术应用,交流直流电气传动及自动化,电网无功补偿及谐波治理,大功率冶金及电化学电解电源等工作.摘要:介绍了非典型电力负荷(交一交变频器驱动负荷)的无功和谐波及对策.关键词:非典型;电力负荷;交-交变频器;无
2、功;谐波;对策Abstract:Thispaperanalyzesthea街jctmeasuresforreactiveandharmonicsinatypicalpowerload(cycloconverterdriveload).Keywords:Untypical;powerload;cycloconverterdriver;reactive;harmonics;affectmeasures典型的电力负荷以负荷性质可分为电感性负荷,电阻性负荷,电容性负荷,电感性负荷如变压器,电抗器,电机,感应线圈,镇流器,扼流圈等,通常以50H
3、z工频电源驱动,其电压相位角具有电流滞后电压,产生感性无功功率,功率因数较低,所以产生的谐波含量较小;电阻性负荷如白炽灯,电弧,氯碱电解设备,阻性矿热炉等,理论上其电压电流相位角为同相位,功率因数很高,接近1,不产生高次谐波;电容性负荷如电容器组,无功补偿装置,其电压电流相位角为电流超前电压,产生容性无功功率,与系统容易产生谐波放大和谐振.以供电电源类型可分为工频交流供电负荷和直流电源供电负荷.工频交流电源供电负荷如各类交流电动机,楼字办公及家用电器等,采用50Hz交流电直接恒速驱动和变频器调速驱动或晶闸管调压控制;直流电源供电负荷如
4、直流电动机,是通过二极管或品闸管整流装置将50Hz交流电变换成直流电,或采用蓄电池给负荷提供直流电源.典型电力负荷的电力参数在理想条件下具有规律性,容易被人们认识和控制,对其产生的无功功率,高次谐波等问2o白勋,匕搏览.2009年12月刊题也容易被解决,如直流电动机采用6脉波或12脉波变流器供电,其产生的高次谐波可用h=士1来计算,谐波电流含量可r/用=来计算.对6脉波系统理论上主要产生5,7,l1,13次等特征谐波,对l2脉波系统理论上主要产生11,13,l7次等特征谐波,各次谐波电流含量小于20%,l4%,9%,7.5%等,功率因
5、数为0.65左右.根据上述典型的谐波次数及含量,系统功率因数,可提出较正确的解决方案.非典型电力负荷是指在非理想条件下或在供电电源和用电负荷之间增加中间环节而产生非典型的电力参数,如交.交变频调速系统,交直交变频调速系统,中频加热炉等,有的产生非特征谐波和旁频,有的功率因数很高,高次谐波电流含量很大,给采用无源滤波器技术来解决问题带来很大麻烦.采用有源滤波器当然是最理想的解决方案,但是一次投资成本太高,在目前多数用户难以接受.1交一交变频器调速驱动负荷的无功和谐波1.1概述进入21世纪,在各行各业传动领域中已全面应用变频器调速节能时代
6、,交一交变频器为直接变频,是将50Hz工频交流电直接变换成频率可变的交流电,具有效率高,过载能力强,耐负荷冲击能力强,输出电压电流为正弦波,低速特性好等特点,已被广泛应用于低速大容量的钢厂初轧机,低频输入输出辊道,矿山提升机等场所.1.2交一交变频器的原理结构交-交变频器的主电路结构如图1所示.图1交一交变频器的主电路结构有一台四绕组或三台双绕组整流变压器供电,三组反并联连接的晶闸管整流桥式整流器构成,一般为6脉波变流器可以看成是由三组直流可逆系统组成.通过余弦交叉相位控制原理,输出三相频率可控的正弦波电压,正弦波电流.1-3交交变频
7、器驱动负荷的谐波分析由交交变频器固有的电路结构和相位控制机理所决定,其存在输入功率因数低,注入电网的谐波丰富,除在理想的条件下,存在h=士1特征谐波,谐波电流含量大外,还存在直流分量.同时存在一定含量的间谐波(旁频)分量.包含高次谐波的拍频分量,为输入频率和输出频率之和或之差,其表达式如式(1)所示.6脉波时输入电流中的谐波频率为=I(6P±1士6一1I及,=士6nf,,12脉波时输入电流中的谐波频率为,=l(12P±1±6nfol(I)式中为注入电网的谐波频率,为电网频率50Hz,为交交变频器输出频率,通常为0～25Hz.输出电压中
8、的谐波频率为=±6nf,,,其中P=I,2,3…,n为O和正整数1,2,3???交交变频器输入电流的频谱与输入和输出频率有关,设变频器的输出电流为i.=Io?.t+.J(2)式中L为输出电流有效值,∞.为输出电流角频率,
