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哪些设备是谐波源负载?

日期:2019-11-12 21:32
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摘要:

工业、商业、医疗领域设备的种类繁多,哪些设备是谐波源负载?哪些设备不是谐波源负载?掌握识别谐波源负载的方法十分重要。当电网上的谐波源负载较多时,就要考虑谐波控制的问题。

从理论上讲,看一个负载是否产生谐波电流,就是看它的电压与电流是否有线性的关系。如果没有线性关系,就是谐波源。按照这个原则就能够区分出所有的谐波源负载。

实际上,经常遇到的谐波源主要是两类,整流电路和相控调功电路。

整流电路广泛应用在变频器、中频炉、直流电机驱动器、UPS电源,以及各类电子设备的场合。相控调功电路电路采用可控硅调整导通角,从而控制灯光的强弱或电炉的温度。

需要注意的一点是,二极管构成的整流电路本身并不会产生严重的谐波,只有当整流电路的后面连接了纹波滤波电容以后,才会产生严重的谐波电流。很多教科书中,在分析整流电路产生的谐波电流时,没有考虑滤波电容的情况,这与实际情况相差很远。

为了简化对问题的分析,我们从单相整流电路的分析开始,三相整流电路产生谐波电流的机理与此相同。

1所示的是一个带滤波电容的单相整流电路,大部分整流电路中都包含这个电容,否则直流电压的纹波很大。电容上电压保持在接近交流电峰值的电平。当交流电的电压低于电容上的电压时,电网上没有电流流入负载。这时,负载的电流由电容供给,随着输出电流,电容的电压开始降低,在某个时刻,交流电的电压会高于电容上的电压,这时,电网上才会有电流流入电容(给电容充电,使电容上的电压升高)和负载中。因此,电网仅在接近电压峰值的时刻向负载输入电流,电流的形状为脉冲状,如图1所示。根据付立业分析,这种脉冲状电流中包含了丰富的谐波成分。


1单相整流器的电路与电压、电流波形

同样的道理,3相整流器也会产生谐波电流,但是这时对应每个基波的波峰,不是一个脉冲电流,而是两个脉冲电流,如图2所示。
无论单相整流器还是三相整流器,他们的电流波形都发生了畸变,不再是正弦波电流,因此包含了谐波成份。

2三相整流器的电路与电压、电流波形

带有滤波电容的整流器从电网吸取脉冲电流。单相整流电路在每个交流电周期内,产生两个脉冲电流,称为2脉整流器;对于3相整流电路,每个周期产生6个脉冲电流,称为6脉整流器。除此以外,还有12脉整流器、18脉整流器等。

整流器所产生的谐波的种类与整流器脉数有关,具体关系如下:

MPN±1

式中:

M=整流器产生的谐波次数

P=整流器的脉数N取自然数。


3典型信息设备的电流波形

4是变频器的输入电流波形与电压波形,图中的双峰波形时电流波形,其中包含了丰富的谐波成分,主要是5次和7次谐波。


4变频器的谐波电流波形

在分析一台设备是否是谐波源时,只要看他的电源输入电路是否为整流电路,或者晶闸管调功电路。如果是,就要考虑控制谐波电流的问题。

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