UPS 系统中的谐波(基础_危害_治理)

谐波的基础_危害_治理

目 录一、谐波的基本概念 二、谐波的基本特征参数 三、谐波的危害 四、谐波治理的解决方法 五、谐波治理的比较 六、关于有源滤波器

谐波的基本概念谐波的定义 ： 基波——指频率为50Hz的正弦波； 谐波——指频率为50Hz正整数倍的正弦波。线性负载的特征 电流与电压之间存在着固定的相位差 (角度为 )； 电压与电流的比值为一个常数—负载的阻抗。电流和电压之间的关系是线性的。例如：白炽 灯泡、电加热器、电阻、电动机、变压器等。 这类负载中没有任何有源电子器件，只有电阻R、电感L和电容C。非线性负载的特征 负载吸收的电流为周期性的，但不是正弦波电流，电流中因含有谐波而造成波形的失真； 欧姆定律中的电压和电流之间的关系不再有效，负载阻抗在一个周期内是变化的，电流和电 压之间的关系也不再是线性的。

谐波的基本概念谐波的产生： 非线性负载在交流电路中需要消耗无功（谐波）电流； 电网存在阻抗，提供谐波电流的同时，电压波形也会产生失真。非线性负载举例： 整流器、充电器、开关电源、调光器、变频调速器、电子计算机、感应电炉 、荧光灯、微波炉、电视机、电话、传真机等等 …开关电源变频调速器充电器荧光灯

谐波的基本概念非线性负载举例：– 调光器、加热器；– 开关电源负载：计算机、家用电 器等 – 三相整流器：变频调速器 – 三相整流器：充电器 – 三相整流器：UPS

谐波的基本概念i U－RCD负载(电阻、电容、二极管) 绝大多数电子设备的电源都是这种电路 在稳定条件下，只有当瞬时电压超过电容 两端的电压后才对电容充电； 非线性负载的阻抗随电容两端的电压变 化，且输入电流不再是正弦波； 电流的波形复杂，用傅立叶定理描述为以 下各项之和：Ui负载电流一个频率与电压频率f相同的电流，即基 波； 多个频率为kf的电流(k 为正整数)，即谐5次谐波 3次谐波 对交流 电源 基波 = 低阻抗区 = 高阻抗区波；左图提供了电流的大致形状，但只给出了 三次和五次谐波成分。

谐波的基本概念可控硅整流器的特征– – 三相对称负载－可控硅整流器负载G- UPS/变频调速器等设备属于这种电路控制上线 的谐波 THDU THDI 其它负载 整流器输 入电流 滤波器6可控硅整流桥产生大量的5次、7 次、11次、13次谐波电流…...降低整流器的谐波主 要是为了避免谐波电流骚 扰在线上并联的其它负 载，保证供电系统的电压 失真度THDU，满足有关谐 波骚扰的标准和规定。负载

谐波的基本概念典型的三相负载L1 e1 L2 e2 L3 e3 C I i Is－可控硅整流器负载Z1357911 13H1=100%, H3=5%., H5=40%, H7=20%, H9=1%, H11=7%, H13=5%… THDI=45.8%!!!

谐波的基本特征参数1）单次谐波电流的有效值(Irms)按照傅立叶级数展开时，各次谐波电流都是正弦波，因此可以测量每 次谐波的有效值，但这些正弦波的频率各不相同，为基波频率的整数倍： I1 为基波成分 (50 Hz)； Ik 为谐波成分，其中k为谐波次数 (50 的k倍)。2）总电流有效值（Irms）它是基波电流有效值I1与谐波电流Ik的平方和的根值：Irms= I1 + I 2 + I 3 +...+ I k +...2 2 2 2

谐波的基本特征参数3）各次谐波的含量每次谐波的含量都可以用一个百分数来表示，即该次谐波电流的有效值与基波电 流有效值之比，这个比率就代表了各次谐波的含量水平：Hk % = k次谐波的失真度＝Ik × 100% I14）电压和电流的谐波失真度非线性负载同时产生电流和电压的失真，这是因为每次谐波电流都会产生对应同频 率的电压谐波，正弦波的总失真度用百分数来表示：THD * % = 总谐波失真度＝所有谐波的有效值 % 基波的有效值例如：总电流谐波失真度TDHI % ，是基于电流谐波的度量：I +I + I +...+ I k +... THDI %=100% 2 3 4 I12 2 2 2或THDI %=100 H 2 + H 3 + H 4 +...+ H k +...2 2 2 2

谐波的基本特征参数4）谐波失真度举例：三相整流器输入电流的谐波频谱为：I5 = 33%、I7 = 2.7%、I11 = 7.3%、 I13 = 1.6%、I17 = 2.6%、I19 = 1.1%、I23 = 1.5%、I25 = 1.3%，… 计算THDI%：THDI %=100 H 2 +H 3 +H 4 +...+H k +...2 2 2 2= =0.33 2 + 0.027 2 + 0.073 2 + 0.016 2 + 0.026 2 + 0.0112 + 0.015 2 + 0.013 2 0.01164 2 ≈ 34%合成电流I E =I1 1+THDI ＝I1 1+ 0.34 = 1.056× I12 2基波因此，电流的有效值比基波电流的有效 值增大了5.6%，即比没有谐波时的额定电 流增大5.6%，这将在导体中造成温度升高。t

谐波的基本特征参数5）峰值因数(Crest Factor)峰值因数(CF)定义: 为峰值（最大幅值）与有效值的比率，用来表示信号(电流或 电压)形状的特征：可控硅整流器H5 H7 H9 H11 =32% =3% =0% = 7%CF=峰值 有效值小型计算机THDI=33%H5 = 21% H7 = 16% H9 = 0% H11 = 10% H13 = 9% THDI=30%下面是不同负载的典型峰值因数： 线性负载： CF = 1.414 六脉冲整流器：CF＝1.5到2； 小型计算机： CF = 2 到 2.5 微机： CF = 2 到 3。RCD(微机)H3 = 80% H5 = 35% H7 = 18% H9 = 9% H11=5% THDI=90%

谐波的基本特征参数6）功率因数(Power Factor)功率因数为给定非线性负载两端的有功功率(kW)和视在功率(kVA)之比：λ=P (kW ) S (kVA)它不是线性负载表示的那种单纯的电压和电流之间的相位差，因为此 时电压和电流均含有谐波，已不再是正弦波了。7）基波电流和基波电压之间的相移（Cosφ1）只有基波电压和基波电流之间的相移(phase displacement)φ1可以定义为：cos 1 =P1 (kW ) S …… 此处隐藏：1182字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……