电源测试技术之谐波产生量探讨及数据.ppt

谐波产生量探讨及数据 电力系统中除基本波频率(50Hz)外 任一周期性之讯号皆称为谐波 谐波定义 谐波 (HARMONIC) 谐波种类 整 数 谐 波 : 2nd、3rd 、 4th 、 5th 奇 次 谐 波 : 3rd 、 5th 、 7th 、 11th 偶 次 谐 波 : 2nd 、 4th 、 6th 、 8th 非整数谐波: 2.3th 、 5.6th A B C 正相序谐波(3n+1) 4、7、10、13 A B C 负相序谐波(3n -1) 2、5、8、11 A B C 零相序谐波(3n) 3、6、9、12 总谐波电压、电流畸变率 总谐波电压畸变率 总谐波电流畸变率 谐波产生源 线性负荷： 非线性负荷 ： V I V I 电阻性元件 频率相依元件 铁磁性设备 电弧性设备 电子式电力转换器 不产生谐波 谐波产生源 铁磁性设备 发电机、电动机、变压器等 电弧性设备 电弧炉、点焊机等 电子式电力转换器 整流器、变频器、 UPS等 谐波产生源 谐波产生源 (铁磁性设备) 变压器 I3= 50% I5= 20% 激磁电流谐波含量 激磁电流 变压器额定电流 =1.03.0% 激磁阻抗 (Magnetizing impedance) XpXs Xm 轻载 电压升高 谐振 有以下三种情形 激磁电流谐波含量将升高 谐波产生源 (铁磁性设备) 谐波产生源 (电弧性设备) 谐波产生源 (电弧性设备) 交流电弧炉 移动杆 人造石墨电极棒 水冷式电缆 炉变压器 电极操作机构 熔铁液 谐波产生源 (电弧性设备) 直流电弧炉 移动杆 人造石墨电极棒 水冷式电缆 整流器 电极操作机构 熔铁液 谐波产生源 (电弧性设备) 实功率消耗 电极棒消耗 耐火砖消耗 电压闪烁 温升效率 谐波产生源 (电弧性设备) 主要谐波电流 I2 I3 I4 I5 I7 精炼期 熔解期7.7% 5.8% 2.5% 4.2% 3.1% 2.0%2.1% (IEEE Std 519-1992) 谐波产生源 (电弧性设备) 点焊机 点焊机 谐波产生源 (电弧性设备) 谐波产生源 (电弧性设备) 电弧性设备负载有何特性? 无功补偿 (快速变化) 电压闪变 谐波 三相不平衡 快速变化负载 谐波产生源 (电子式电力转换器) DCDC + + - - ACAC 直流电机、电镀、电解、充电机 整流器 (Converter) 交-直 整流装置 谐波产生源 (电子式电力转换器) 变频器 (Inverter) 交-直-交 变频装置 电动机变频调速 (可节电20%50%) 中频炉、高频炉 (较工频炉体积减小1/22/3) 谐波产生源 (电子式电力转换器) 变频器 (Inverter) + + - - P P WW MM MM OO T T OO R R ACAC DCDCACAC 造纸机械、纺织机械、印刷设备、中(高)频炉 中频感应炉 谐波产生源 (电子式电力转换器) 谐波产生源 (电子式电力转换器) 循环换流器 (Cycloconverter) 改变输入电源的频率，使输出频率与输入频率不同 谐波成份: 谐波设备: 钢铁厂轧钢设备 非整数谐波 交-交 变频装置 谐波产生源 (电子式电力转换器) 切换式电源供应器 (Supply) 小型家电设备 具有效率高、重量轻、价格低廉的优点 A B C N 连接于相线与中性线间的单相非线性负载 计算机电视机 1-Phase Non-linear LOAD 1-Phase Non-linear LOAD 1-Phase Non-linear LOAD 影碟机 不断电设备 照明装置 谐波产生源 (电子式电力转换器) n: n: 谐谐波次数波次数 k: k: 常数常数 1,2,3,1,2,3, p: p: pulsepulse数数 n=n=1 1* *2 211 n= n=2 2* *2 211 : : : : 3 3 3 3 5 5 单相非线性负载设备产 生的谐波阶 次 谐波产生源 (电子式电力转换器) 第三谐波电 流 电流畸变 率 调光灯半亮 50%60%(I1)60%70% 全亮 4%6%(I1)8%12% 电视 机 75%85%(I1)100%110% 手提式计算器80%90%(I1)115%125% 桌上型计算器 80%85%(I1)100%110% 彩色荧光幕 60%70%(I1)70%75% 液晶荧光幕 80%90%(I1)95%100% 不断电设备 30%40%(I1)45%50% 影碟机 85%95%(I1)130%140% 微波炉 25%30%(I1)30%35% 除湿机 15%20%(I!)20%25% 谐波产生源 (电子式电力转换器) 三相变压器 单相变压器 -Y 、 Y-、 - - 如何消除第三谐波 e 第三谐波皆为同相位 当接成接线则被短路而成循环电流不会显现到外部 谐波电流含有率 脉冲数(P) 导通的延迟角()及换相的重迭角() 控制型式 : 非相控、全控、半控 影响谐波电流含有率的主要因素: DCDC + + - - ACAC 5 5 7 7 谐波电流含有率 (脉冲数) 1111 1313 : : 谐波的阶次取决于整流装置脉冲数 1111 1313 2323 2525 : : 六脉冲整流 十二脉冲整流 Y 6-pulse6-pulse 12-pulse (理想状况) 6-pulse 6-pulse Y 3600/12=300 I11、I13、I23、I25 谐波电流含有率 (脉冲数) 谐波电流含有率 (脉冲数) Y Y Y 6-pulse6-pulse6-pulse 00+200-2003600/18=200 I17、I19、I35、I37 18-pulse (理想状况) Y Y Y 6-pulse6-pulse6-pulse +200-200 Harmonic ? 故障或维修 谐波电流含有率 (脉冲数) I5、I7、I11、 I13 I17、I19、I35、 I37 Y Y Y 6-pulse6-pulse6-pulse 00+200-200 I17=5.9%、I19=5.3% I35=2.9%、I37=2.7% Y 6-pulse 故障或维修 I5=10% 、I7=7% I11=4.5% 、 I13=3.9% 谐波电流含有率 (脉冲数) 谐波电流含有率 (非相控) ACAC 二极管 二级管组在交流侧 各相电压波形的 交叉点开始换相 采自然换相方式: 谐波电流含有率 (全控) ACAC 控制整流管导通的 延迟角及关断时间 晶闸管 控制整流管导通的 延迟角 可关断晶闸管(GTO) 整流设备- 非相控型和全控型 电流波形电压波形 谐波电流含有率 五次谐波 谐波电流含有率 整流设备- 非相控型和全控型 谐波电流含有率 (半控) ACAC 含有偶次谐波电流成分 晶闸管 二极管 可关断晶闸管 电流波形电压波形 黑化炉 谐波电流含有率 (半控) 二次谐波 黑化炉 谐波电流含有率 (半控) 谐波电流含有率 2457810111317192325 6-Pulse 非 相控 17. 5 11.0 4.53.0 1.5 1.2 5 0.7 5 0.7 5 6-Pulse 半 控 35222014103.0 7.0 5.0 5.85.4 6-Pulse 全 控 2014.3 8.77.64.94.3 谐波电流含有率 (、 ) 20 30 40 50 60 70 AC HARMONIC CURRENT AS PERCENT OF Idc 10 020406080100120160140180200 Overlap angle u (degrees) 0.1 5 10 0.1 5 10 2020 80 AC HARMONIC CURRENT AS PERCENT OF Idc 020406080100120160140180200 10 15 20 25 30 35 40 5 Overlap angle u (degrees) 0.1 5 10 0.1 5 10 2020 谐波电流含有率 (、 ) 谐波电流含有率 (、 ) AC HARMONIC CURRENT AS PERCENT OF Idc 020406080100120160140180200 4 6 8 10 12 14 16 2 Overlap angle u (degrees) 0.1 5 10 200.1 5 10 20 谐波电流含有率 (、 ) AC HARMONIC CURRENT AS PERCENT OF Idc 020406080100120160140180200 2 3 4 5 6 7 8 1 Overlap angle u (degrees) 0.1 5 10 0.1 5 10 2020 I I n n : :谐波电流值谐波电流值 I I 1 1 : :基本波电流基本波电流 n n : :谐波次数谐波次数 1 1 11 1 1 7 1 1 5 %9 7 %14 7 %20 5 I I I I I I I I I = = = 例例: : 11 谐波电流含有率 (理论值) L1 L2 L3 AC-motor 6-pulse diode rectifier Inverter Voltage source inverter M without AC side reactors 850A -850A 0A I60Hz = 517A I300Hz = 53.6% I300Hz = 277A 850A -850A 0A 850A -850A 0A 850A -850A 0A I420Hz = 28.8% I420Hz = 149A I60Hz = 350A I300Hz = 64.2% I300Hz = 224A I420Hz = 39.4% I420Hz = 138A I60Hz = 179A I300Hz = 72.9% I300Hz = 130A I420Hz = 51.9% I420Hz = 93A I60Hz = 264A I300Hz = 68.1% I300Hz = 180A I420Hz = 44.8% I420Hz = 118A L1 L2 L3 AC-motor 6-pulse diode rectifier Inverter Voltage source inverter M 4% with 4% AC side reactors 600A 400A 200A -200A -400A -600A 0A 600A 400A 200A -200A -400A -600A 0A 600A 400A 200A -200A -400A -600A 0A 600A 400A 200A -200A -400A -600A 0A I60Hz = 500A I60Hz = 340AI60Hz = 170A I60Hz = 260A I300Hz = 51.1% I300Hz = 87A I300Hz = 42.2% I300Hz = 1