谐波和功率因数.ppt

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1、2-1整流电路的谐波和功率因数·引言随着电力电子技术的发展，其应用日益广泛，由此带来的谐波(harmonics)和无功(reactivepower)问题日益严重，引起了关注。无功的危害：导致设备容量增加。使设备和线路的损耗增加。线路压降增大，冲击性负载使电压剧烈波动。谐波的危害：降低设备的效率。影响用电设备的正常工作。引起电网局部的谐振，使谐波放大，加剧危害。导致继电保护和自动装置的误动作。对通信系统造成干扰。2-2谐波和无功功率分析基础1）谐波对于非正弦波电压，满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数：n次谐波电流含有率以HRIn（Harmon

2、icRatioforIn）表示（2-57）电流谐波总畸变率THDi（TotalHarmonicdistortion）定义为（2-58）正弦波电压可表示为：基波（fundamental）——频率与工频相同的分量谐波——频率为基波频率大于1整数倍的分量谐波次数——谐波频率和基波频率的整数比2-3谐波和无功功率分析基础2）功率因数正弦电路中的情况电路的有功功率就是其平均功率：（2-59）视在功率为电压、电流有效值的乘积，即S=UI（2-60）无功功率定义为：Q=UIsinj（2-61）功率因数l定义为有功功率P和视在功率S的比值：（2-62）此时无

3、功功率Q与有功功率P、视在功率S之间有如下关系：（2-63）功率因数是由电压和电流的相位差j决定的：l=cosj（2-64）2-4谐波和无功功率分析基础非正弦电路中的情况有功功率、视在功率、功率因数的定义均和正弦电路相同，功率因数仍由式定义。不考虑电压畸变，研究电压为正弦波、电流为非正弦波的情况有很大的实际意义。非正弦电路的有功功率：P=UI1cosj1（2-65）功率因数为：（2-66）基波因数——n=I1/I，即基波电流有效值和总电流有效值之比位移因数（基波功率因数）——cosj1功率因数由基波电流相移和电流波形畸变这两个因素共同决定的。

4、2-5谐波和无功功率分析基础非正弦电路的无功功率定义很多，但尚无被广泛接受的科学而权威的定义。一种简单的定义是仿照式（2-63）给出的：（2-67）无功功率Q反映了能量的流动和交换，目前被较广泛的接受。也可仿照式（2-61）定义无功功率，为和式（2-67）区别，采用符号Qf，忽略电压中的谐波时有：Qf=UI1sinj1(2-68）在非正弦情况下，，因此引入畸变功率D，使得：（2-69）Qf为由基波电流所产生的无功功率，D是谐波电流产生的无功功率。2-6带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析1)单相桥式全控整流电路忽略换相过程和电流

5、脉动，带阻感负载，直流电感L为足够大（电流i2的波形见图2-6）i2Owtd（2-72）变压器二次侧电流谐波分析：n=1,3,5,…（2-73）电流中仅含奇次谐波。各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。2-7带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析基波电流有效值为（2-74）i2的有效值I=Id，结合式（2-74）可得基波因数为（2-75）电流基波与电压的相位差就等于控制角，故位移因数为（2-76）所以，功率因数为（2-77）功率因数计算2-8带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析2）三

6、相桥式全控整流电路图2-23三相桥式全控整流电路带阻感负载a=30时的波形阻感负载，忽略换相过程和电流脉动，直流电感L为足够大。以=30为例，此时，电流为正负半周各120的方波，其有效值与直流电流的关系为：（2-78）tud1a=30°ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥwtOwOwtOwtOidiawt1uaubuc（2-78）2-9带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析变压器二次侧电流谐波分析：电流基波和各次谐波有效值分别为（2-80）电流中仅含6k1（k为正整数）次谐波。各次谐波有

7、效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。功率因数计算基波因数：（2-81）位移因数仍为：（2-82）功率因数为：（2-83）2-10整流输出电压和电流的谐波分析整流电路的输出电压中主要成分为直流，同时包含各种频率的谐波，这些谐波对于负载的工作是不利的。图2-33a=0时，m脉波整流电路的整流电压波形=0时，m脉波整流电路的整流电压和整流电流的谐波分析。整流输出电压谐波分析整流输出电流谐波分析2-11整流输出电压和电流的谐波分析=0时整流电压、电流中的谐波有如下规律：m脉波整流电压ud0的谐波次数为mk（k=1，2

8、，3...）次，即m的倍数次；整流电流的谐波由整流电压的谐波决定，也为mk次。当m一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减小，表明最低次（m次）谐波是最主要的，其它次