研究型实验报告-对称三相电路中的高次谐波检测.docx

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1、对称三相电路中的高次谐波检测实验报告一．实验目的1．加深对非正弦波傅里叶级数展开形式的理解；2．掌握对称三相非正弦交流电路与对称三相正弦交流电路的区别；3．锻炼分析、观测三相电路高次谐波的能力。二．实验任务利用示波器等仪器设备，观测在对称三相电路中当三相电源是非理想正弦波情况下，电源和负载采用不同联接方式时电源或负载中的高次谐波。三．实验背景理想对称三相电路中的电源电压都是正弦波，但在工程实际中，从发电机或变压器引出的电压常常不是理想的正弦波，而且随着电力电子技术的发展，电力系统中的非线性负载越来越多，由此带来的谐波污染也越

2、来越严重，比如各种整流电源装置和电动机调速装置等。这些非线性负荷的存在，给电力系统带来额外负担并影响供电质量，甚至威胁到电力系统的安全运行。为解决这些问题，首要任务是准确检测到三相电路中的高次谐波，以便采取相应的措施，消除电力系统中的谐波污染。因此，三相电路高次谐波及零序电流的检测成为一个值得研究的课题。四．实验仪器三相交流电源实验台白炽灯泡3只示波器1台交流电压表1台交流电流表3台单相变压器3台导线若干五．实验原理1.对称三相非正弦周期电压，即三相非正弦周期电压的波形相同，但在时间上依次滞后1/3周期。若以A相为参考电压，

3、则A、B、C三相电压分别为：uA(t)=u(t)uB=u(t−)uC(t)=u(t-)由于三相发电机具有对称结构，所产生的电压属奇谐波函数，其波形呈“镜像对称”，且傅里叶级数展开式中仅含有奇次谐波，无恒定分量和偶次谐波，则将其展开为傅里叶级数，第11页uA(t)=Unmsin(nω1t+ψn),n=1,3,5,7,9LuB(t)=Unmsin[nω1(t−)+ψn]=Unmsin(nω1t−n+ψn)uC(t)=∑Unmsin[nω1(t−)+ψn]=∑Unmsin(nω1t−n+ψn)三相电压中的1、7、13、…等各次谐波

4、在相角上依次滞后的角度均为2π/3，分别形成一组正序谐波。三相电压中的5、11、17、…等各次谐波在相角上依次超前的角度均为2π/3，分别形成一组负序谐波。三相电压中的3、9、15、…等三的倍数次谐波的相角相同，则分别形成一组零序谐波。基波（正序谐波）三次谐波（零序谐波）五次谐波（负序谐波）从相量图可以看出如下特性：任一组正序谐波相量之和及负序谐波相量之和均等于零。任意两个正序谐波（或负序谐波）相量之差的模等于一个相量之模的3倍。任一组零序谐波相量之和则为其中任一相量的三倍。任意两个零序谐波相量之差则等于零。2.当三相电源接

5、成星形（Y）时，如图1所示，有：第11页图1Ul1=3Up1Ul5=3Up5Ul7=3Up7L相电压中的零序谐波相减时互相抵消，故在线电压中无零序谐波。相电压和线电压的有效值分别为：在对称三相Y-Y联接的三线电路中，由于没有中线，电源相电压的零序谐波不能传送至负载，因而在负载端线电压与相电压有效值之间的数量关系仍为Ul=Up两个中性点的电压恰好等于电源相电压的零序谐波，即uo′o=u3+u9+u15+LUo′o=U32+U92+U152+L第11页2.在对称三相Y-Y联接的四线电路中，如图2所示，线电流中的零序谐波均取道中线

6、而流通，故中线电流应为线电流零序谐波的三倍，即：图2i0=iA+iB+iC=3(i3+i9+i15+L)I0=3I32+I92+I152+L3.当三相电源联接成三角形（Δ）时，如图3所示：图3各正序谐波及负序谐波电位升之和均等于零。至于零序谐波（如三次谐波）电位升之和为每相三次谐波电位升的3倍，导致沿电源回路流通的三次谐波电流为第11页即三次谐波电位升完全降落在三次谐波的内阻抗上，其它零序谐波亦如此。致使电源每相端电压（即线电压）中不存在零序谐波，而仅含有正序谐波及负序谐波。在Δ-Δ电路中，电源相电流的零序谐波只能在电源内部

7、循环流动，因而线电流中不存在零序谐波。电源端相电流和线电流的有效值分别为：Ip=Ip21+Ip23+Ip25+Ip27+LL当负载联接成三角形时，因其相电压（即线电压）不含零序谐波，则相电流中也不可能存在零序谐波。故在负载端，线电流的有效值将保持为相电流有效值的3倍。六.实验过程将三台单相变压器原边220V绕组接成星形（无中线），然后接至对称三相非正弦周期电压源，在副边三组110V绕组中将感应出对称三相非正弦电动势，其中主要是1次和3次谐波，5、7、9次谐波甚小，本实验可以忽略。1．将电源绕组和负载绕组接成Y-Y联接，在电源

8、端和负载端分别测量相电压和线电压，验证有无Ul=3Up；2．用示波器分别观察电源端和负载端相电压和线电压的波形，分析有无3次谐波；3．用电压表测量两中点间的电压，然后用示波器观察，验证此电压为3次谐波电压；4．在两中点间接上中线，中线上串联电流表和采样电阻，重复1~3步，与无中线时进行比较