哪些設備是諧波源負載?
工業、商業、醫療領域設備的種類繁多,哪些設備是諧波源負載?哪些設備不是諧波源負載?掌握識彆諧波源負載的方法十分重要。當電網上的諧波源負載較多時,就要考慮諧波控製的問題。
從理論上講,看一個負載是否產生諧波電流,就是看它的電壓與電流是否有線性的關係。如果冇有線性關係,就是諧波源。按照這個原則就能夠區分出所有的諧波源負載。
實際上,經常遇到的諧波源主要是兩類,整流電路和相控調功電路。
整流電路廣泛應用在變頻器、中頻爐、直流電機驅動器、UPS電源,以及各類電子設備的場合。相控調功電路電路采用可控矽調整導通角,從而控製燈光的強弱或電爐的溫度。
需要注意的一點是,二極管構成的整流電路本身並不會產生嚴重的諧波,隻有當整流電路的後麵連接了紋波濾波電容以後,才會產生嚴重的諧波電流。很多教科書中,在分析整流電路產生的諧波電流時,冇有考慮濾波電容的情況,這與實際情況相差很遠。
為了簡化對問題的分析,我們從單相整流電路的分析開始,三相整流電路產生諧波電流的機理與此相同。
圖1所示的是一個帶濾波電容的單相整流電路,大部分整流電路中都包含這個電容,否則直流電壓的紋波很大。電容上電壓保持在接近交流電峰值的電平。當交流電的電壓低於電容上的電壓時,電網上冇有電流流入負載。這時,負載的電流由電容供給,隨著輸出電流,電容的電壓開始降低,在某個時刻,交流電的電壓會高於電容上的電壓,這時,電網上才會有電流流入電容(給電容充電,使電容上的電壓升高)和負載中。因此,電網僅在接近電壓峰值的時刻向負載輸入電流,電流的形狀為脈衝狀,如圖1所示。根據付立業分析,這種脈衝狀電流中包含了豐富的諧波成分。
圖1單相整流器的電路與電壓、電流波形
同樣的道理,3相整流器也會產生諧波電流,但是這時對應每個基波的波峰,不是一個脈衝電流,而是兩個脈衝電流,如圖2所示。
無論單相整流器還是三相整流器,他們的電流波形都發生了畸變,不再是正弦波電流,因此包含了諧波成份。
圖2三相整流器的電路與電壓、電流波形
帶有濾波電容的整流器從電網吸取脈衝電流。單相整流電路在每個交流電周期內,產生兩個脈衝電流,稱為2脈整流器;對於3相整流電路,每個周期產生6個脈衝電流,稱為6脈整流器。除此以外,還有12脈整流器、18脈整流器等。
整流器所產生的諧波的種類與整流器脈數有關,具體關係如下:
M=PN±1
式中:
M=整流器產生的諧波次數
P=整流器的脈數N取自然數。
圖3典型信息設備的電流波形
圖4是變頻器的輸入電流波形與電壓波形,圖中的雙峰波形時電流波形,其中包含了豐富的諧波成分,主要是5次和7次諧波。
圖4變頻器的諧波電流波形
在分析一台設備是否是諧波源時,隻要看他的電源輸入電路是否為整流電路,或者晶閘管調功電路。如果是,就要考慮控製諧波電流的問題。