电气小知识谐波是怎么产生的如何抑制谐波设备电流

谐波是指电力系统中存在的高于基波频率的电流或电压分成。电力系统的理想波形应该是纯正弦波,但由于一些非线性负载如变频器、UPS电源、电子电力设备等的存在,电流或电压波形可能存在畸变,产生谐波。

通常情况下,基波是50HZ或60HZ的工频,而谐波的频率是基波频率的整数倍,如150HZ是三次谐波,250HZ是五次谐波。谐波会对电网和设备造成一系列不良影响,如设备寿命缩短、过热、振动异常等。

正序谐波、负序谐波、零序谐波:根据相序旋转作用来划分,正序谐波是指其相序与基波相同的谐波;负序谐波的相序与基波相反;零序谐波则是三相的相位相同的谐波。

奇次谐波与偶次谐波:额定频率为基波频率奇数倍的谐波,如 3、5、7 次谐波等被称为奇次谐波;额定频率为基波频率偶数倍的谐波,如 2、4、6、8 次谐波等被称为偶次谐波。在平衡的三相系统中,由于对称关系,偶次谐波通常会被消除,只有奇次谐波存在。

分数次谐波:频率为基波非整数倍的分量称为间谐波,有时候也将低于基波的间谐波称为次谐波。

二、谐波是怎么产生的?

电源端:发电机的三相绕组制作难以绝对对称,铁心也难以做到绝对均匀一致,加上发电机的稳定性等其他原因,会产生一些谐波,但通常相对较少。

输配电过程:电力变压器是输配电过程中的主要谐波来源之一。由于变压器的设计需考虑经济性,其铁心的磁化曲线处于非线性的饱和状态,工作时的磁化电流为尖顶型波形,因而产生奇次谐波。较高的变压器铁心饱和程度会使工作点偏离线性曲线,产生较大的谐波电流。

变频设备:常用于电动机、电梯、水泵、风机等机电设备中,大部分是相位控制,谐波成分复杂,除整数次谐波成分外,还含有一定分数次的谐波成分,且功率一般较大,对电网造成的谐波越来越多。

气体放电类电光源:如高压钠灯、高压汞灯、荧光灯以及金属卤化物灯等,伏安特性的非线性相当严重,有的还具有负伏安特性,会给输电网带来奇次谐波成分。

家用电器设备:空调器、冰箱、洗衣机、电风扇等含有绕组的用电设备中,不平衡电流的变化能使电源波形发生改变。计算机、电视机、温控炊具、调光灯具等,因具有一定的调压整流功能,也会产生高次的奇次谐波成分。

三、谐波的危害

对电力设备的影响:谐波电流或谐波电压会使发电机、电动机、变压器等设备在定子绕组、转子回路及铁心中产生附加损耗,降低设备效率,加速绝缘老化,缩短使用寿命。例如,谐波电流会使变压器的铜耗增加,导致局部过热、振动和噪声增大。

对电网的影响:谐波会导致电网的电压以及电流波形畸变,增加电路损耗,影响电网有功 / 无功功率。大量的谐波还可能引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振,从而使谐波放大,进一步加剧对电网和设备的危害,甚至引发输配电事故。

对测量仪表和保护装置的影响:电网谐波会使测量仪表、计量装置产生误差,导致测量不准确。同时,还会使继电保护和自动装置的测量误差增大,可能造成误动作或拒动,影响电力系统的正常运行和保护性能。

如何抑制谐波?

采用滤波器:无源滤波器由电感、电容和电阻等无源元件组成,可以对特定频率的谐波进行滤波,但滤波效果有限,且可能会与电力系统发生谐振。有源滤波器由电力电子器件组成,能够实时检测电力系统中的谐波电流,并产生与之相反的电流进行补偿,滤波效果好,但成本较高。

优化电力电子设备的设计:在设计电力电子设备时,可采用软开关技术、多电平技术等,减少谐波的产生。还可以增加设备的滤波功能,如在变频器中内置滤波器,降低输出谐波。

加强电力系统的管理和监测:建立健全电力系统的谐波监测体系,及时发现和处理谐波问题。对电力用户进行谐波管理,限制其谐波注入电网的量。加强对电力设备的维护和管理,确保设备的正常运行,减少谐波的产生。

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