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1、谐波原理及抑制1-基本概念目的:了解本课必备的基本概念基本概念线性负载非线性负载无谐波电流包含谐波线性负载概念:负载被称为“线性的”是指当施加一个正弦波电压时它吸收的电流也是正弦波的负载。例,白炽灯,加热器,稳态运行的电机。非线性负载概念:负载被称为“非线性”是指当加上一个正弦波电压,它吸收的电流为非正弦的。例,计算机,启动时的电机,变频器，节能灯，变压器加电时,等。电抗器饱和基本概念非线性，举例整流二极管L=f(i)vLiRvlilLviviviwtwt非线性引起谐波表现为电流不再跟随电压的形状,即不是正弦波。2PP间谐波正弦分量不是基波频率的整数倍。次谐波谐波分量
2、频率低于基波频率这两类干扰是由各种设备吸收的功率为周期性或随机变化引起的。例:电弧炉电弧不稳定波形控制循环变流器频率变换器变频器基本概念间谐波和次谐波图形12345infrainter定义傅立叶变换:所有周期性的非正弦连续函数,可以被分解成无穷多的周期正弦函数的总和,该正弦函数的频率为基波频率的整数倍。基本概念f(t)=+[ancos(nw1t)+bnsin(nw1t)]式中:w1=(T为周期)n为正整数ao,an,bn为博立叶系数ao=f(t).dtan=f(t).cosnw1t.dtbn=f(t).sinnw1t.dt¥Sn=1ao22pT2TòoT2TòoT2T
3、òoTY0=0Yn=对于奇数次nYn/Y1=对于奇数次n基本概念定义以方波为例1n22EpÖ1nH3均方根值.E22pÖ13基波均方根值.E22pÖYn/Y1100%1357911n2PP+EU-Ewt基本概念定义逐次谐波畸变n次谐波均方根与基波均方根值的比值频谱谐波幅值和谐波次数的函数表示。各次谐波幅值表示为基波的百分数。YnY1Hn%=100非正弦周期量的均方根值(RMS)Yrms=y2(t)dt=(Yn)2电压畸变谐波均方根值与基波的比值THD(%)=100*对于DIN标准,Y1由Y的均方根值代替基本概念定义1T∫T0n=¥n=1å(Yn)2Ön=¥n=2åY1
4、*ÖÖ基本概念定义功率因数和相移因数功率因数是有功功率P与视在功率S的比值相移因数cosj1代表电压与电流基波夹角的余弦。P1基波分量的有功功率S1基波分量的视在功率畸变因数DF是PF与cosj1之间的比值峰值因数是峰值与周期量均方根值的比值PSPF=P1S1cosj1=PFcosj1DF=YcrestYrmsCF=电压与电流畸变的关系Þ电源阻抗对于每个电流谐波In,对应该频率的电源阻抗Zsn两端存在谐波电压UnUn=Zsn.In逐次谐波畸变Hn=(U1:基波值)THD(%)=100(Hn)2在各次谐波频率下的电源阻抗为电压出现畸变的基本原因结论:如果电源阻抗低,电压
5、畸变就低。基本概念电源阻抗Ön=¥n=2åUeZsisUnU1发电机X”d=12%阻抗和频率的函数关系基本概念电源阻抗等效图变压器,发电机,电缆输出阻抗与额定负载时输出阻抗的比值传统UPS变压器 Usc=4%MLIUPSUPS%ZsZc1501005050250500750F(Hz)电流谐波畸变依赖于负载电压谐波畸变依赖于电源较低的电源阻抗利于谐波电流流向电源,但同时电压畸变往往也较低反之,高电源阻抗阻止谐波电流流向电源,但电压总畸变往往也较高电源阻抗与总谐波畸变(u,i)之间的变化是非线性的基本概念电源阻抗对电压和电流畸变的影响基本概念术语主要术语2-电力生产、配电
6、和消耗各环节产生的谐波干扰目的:认识干扰源的特点谐波干扰电源EJPMIUPSBMV/LV线性负载在电网某一点,谐波畸变依赖于:负载类型电缆或导线变压器接线类型和阻抗电源阻抗当无载或线性负载时,THD(U)小于4%对于非线性负载,畸变主要依赖:采用技术网络情况(*):不同类型产品有很大不同电源处谐波畸变一般不太突出谐波干扰电力生产:发电机和不间断电源B,FB,FP00º180º360ºi谐波干扰电力输配UUii变压器产生谐波:奇次:材料的磁滞现象磁饱和偶次通电时饱和励磁变压器对极性负载产生的偶次 谐波敏感(0)(b)整流型负载产生很宽频谱范围(3-15)的奇次谐波电流越
7、来越多地使用形成了重要的谐波污染源谐波干扰电能的消耗DCiCRD8764381517%100500135791113Ni理想状态:电源侧电感Lligne=0In(theo)=,n=6k+/-1l5(theo)=20%l1l11(theo)=9%l1l7(theo)=14%l1l13(theo)=8%l1电源阻抗的影响谐波干扰不间断电源供电:(用于直流电机的变频驱动器)带阻感负载的三相六脉动整流桥I1nI55(theo)x100LfLligneZe’1e’2e’3wtldwtl1wDta(a=30°)=90°30°20°10°5°10090807060
