《抑制谐波脉动》PPT课件

1、许多电力电子安装要耗费无功功率，会对公用电网带来不利影响。无功功率会导致电流增大和视在功率添加，导致设备容量添加。无功功率添加，会使总电流添加，从而使设备和线路的损耗添加使线路电压降增大，冲击性无功负载还会使电压猛烈动摇电力电子安装还会产生谐波，对公用电网产生危害。谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾谐波影响各种电气设备的正常任务谐波会引起电网部分的并联谐振和串联谐振谐波会导致继电维护和自动安装的误动作谐波会对临近的通讯系统产生干扰。用户供电电用户供电电压压 (KV) (KV)0.380.386 6或或10103

2、535或或6363 110110 电压畸变极电压畸变极限限( () )1.51.5许多国家都发布了限制电网谐波的国家规范，或由权威机构制定限制谐波的规定。国家规范GB/T14549-93从1994年3月1日起开场实施。用户供电电用户供电电压压(kV)(kV)设备型式设备型式允许接入容量允许接入容量(KVA)(KVA) 3 3脉波脉波 6 6脉波脉波 1212脉波脉波0.380.38不控不控半控半控全控全控 23023063.963.99090 310310150150 6或或10不控不控半控半控全控全控 400 400 12001200480480600600 3000300015001500

3、 35或或63不控不控半控半控全控全控 660 660 1700 1700740740850850 3900390019001900 110及以及以上上不控不控半控半控全控全控10001000 4400 4400 2300 2300 3700 3700 1100011000 9700 97001. 谐波谐波满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数基波基波fundamental在傅里叶级数中，频在傅里叶级数中，频率与工频一样的分量率与工频一样的分量谐谐 波波频率较基波频率大于频率较基波频率大于1整数倍的分整数倍的分量量谐波次数谐波次数谐波频率和基波频率的整数比谐波

4、频率和基波频率的整数比n次谐波电流含有率以次谐波电流含有率以HRInHarmonic Ratio for In表示表示 电流谐波总畸变率电流谐波总畸变率THDiTotal Harmonic distortion定义为定义为 %1001IIHRInn%1001IITHDhi2. 功率因数功率因数1 正弦电路中的情况正弦电路中的情况 电路的有功功率就是其平均功率：电路的有功功率就是其平均功率： 视在功率为电压、电流有效值的乘积，即视在功率为电压、电流有效值的乘积，即S=UI 无功功率定义为：无功功率定义为： Q=U I sinj 功率因数功率因数l 定义为有功功率定义为有功功率P和视在功率和视在功

5、率S的比的比值：值： 此时无功功率此时无功功率Q与有功功率与有功功率P、视在功率、视在功率S之之间有如下关系：间有如下关系： 功率因数是由电压和电流的相位差功率因数是由电压和电流的相位差j 决议的：决议的：l =cos j 20cos)(21UItuidPSP222QPS2 非正弦电路中的情况有功功率、视在功率、功率因数的定义均和正弦电路一样，功率因数仍由式 定义。公用电网中，通常电压的波形畸变很小，而电流波形的畸变能够很大。因此，不思索电压畸变，研讨电压波形为正弦波、电流波形为非正弦波的情况有很大的实践意义。SP3 非正弦电路的有功功率 设正弦波电压有效值为U，畸变电流有效值为I，基波电流有

6、效值及与电压的相位差分别为I1和j 1。 这时有功功率为：P=U I1 cosj1 功率因数为： 基波因数n =I1 / I，即基波电流有效值和总电流有效值之比 位移因数基波功率因数cosj 1可见： 功率因数由基波电流相移和电流波形畸变这两个要素共同决议的。 11111coscoscosIIUIUISP* 4 非正弦电路的无功功率定义很多，但尚无被广泛接受的科学而权威的定义一种简单的定义是仿照式给出的： 这样定义的无功功率Q反映了能量的流动和交换，目前被较广泛的接受，但该定义对无功功率的描画很粗糙。22PSQ无功功率采用符号Qf，忽略电压中的谐波时有：Q f =U I 1 sinj 1 在非

7、正弦情况下， ，因此引入畸变功率D，使得： 比较式，可得： 忽略电压谐波时 这种情况下：Q f为由基波电流所产生的无功功率，D是谐波电流产生的无功功率。222fQPS2222DQPSf222DQQf22222nnfIUQPSD1. 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 1忽略换相过程和电流脉动，带阻感负忽略换相过程和电流脉动，带阻感负载，直流电感载，直流电感L为足够大电流为足够大电流i2的波形的波形 2变压器二次侧电流谐波分析：变压器二次侧电流谐波分析： n=1,3,5,电流中仅含奇次谐波电流中仅含奇次谐波各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值

8、的比值为谐波次数的倒数波有效值的比值为谐波次数的倒数,5,3,1,5,3,1dd2sin2sin14)5sin513sin31(sin4nnntnItnnItttIinIInd223 功率因数计算功率因数计算 基波电流有效值为基波电流有效值为 i2的有效值的有效值I= Id可得基波因数为可得基波因数为 电流基波与电压的相位差就等于控制角电流基波与电压的相位差就等于控制角 ，故，故位移因数为位移因数为 所以，功率因数为所以，功率因数为 d122IIII12 209 .cos9.0cos22cos111IIcoscos112. 三相桥式全控整流三相桥式全控整流电路电路1阻感负载，忽略换阻感负载，忽

9、略换相过程和电流脉动，相过程和电流脉动，直流电感直流电感L为足够为足够大大2以以 =30为例，为例，交流侧电压和电流交流侧电压和电流波形如图中的波形如图中的ua和和ia波形所示。此时，波形所示。此时，电流为正负半周各电流为正负半周各120的方波，其有的方波，其有效值与直流电流的效值与直流电流的关系为关系为 ud1= 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuactOtOtOtOidiat1uaubucd32II三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路带阻感负载带阻感负载a=30a=30时的波形时的波形3变压器二次侧电流谐波分析： 电流基波和各次谐波有效值分别为 电流中仅含6k1

10、k为正整数次谐波各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数3 , 2 , 11613 , 2 , 116dddasin2) 1(sin2sin1) 1(32sin3213sin13111sin1117sin715sin51sin32kknnkkknktnItItnnItItttttIi,3 ,2, 1, 16,66dd1kknInIIIn3功率因数计算功率因数计算基波因数为基波因数为 电流基波与电压的相位差仍为电流基波与电压的相位差仍为 ，故位移因数仍为，故位移因数仍为 功率因数为功率因数为 955. 031IIcoscos11cos955. 0cos3cos111I

11、I1. 整流电路的输出电压中主要成分为直流，同时包含各种频率的谐波，这些谐波对于负载的任务是不利的。udtOmm2 mU220时，m脉波整流电路的整流电压波形 =0 时：时：m脉波整流电路的整流电压脉波整流电路的整流电压 和整流电流的谐波分析和整流电流的谐波分析 整流输出电压谐波分析：整流输出电压谐波分析：将纵坐标选在整流电压的峰值处，那么在将纵坐标选在整流电压的峰值处，那么在-p/mp/m区间，区间，整流电压的表达式为：整流电压的表达式为： 对该整流输出电压进展傅里叶级数分解，得出：对该整流输出电压进展傅里叶级数分解，得出： 式中，式中，k=1，2，3；且：；且： tucos20dtnnkU

12、tnbUumknmknncos1cos21cos2d0d0d0mmUUsin22d0d021cos2Unkbn为了描画整流电压ud0中所含谐波的总体情况，定义电压纹波因数为ud0中谐波分量有效值UR与整流电压平均值Ud0之比： 其中： 而： d0RUUu2d022RUUUUmknnmmUttUmUmm22sin1)(d)cos2(2222电压纹波因数式电压纹波因数式 不同脉波数不同脉波数m时的电压纹波因数值表时的电压纹波因数值表mmmmmmUUusinsin2sin42121222d0Rm23612u%48.218.274.180.99402 整流输出电流谐波分析：整流输出电流谐波分析：负载电

13、流的傅里叶级数可由整流电压的傅里叶级数求得：负载电流的傅里叶级数可由整流电压的傅里叶级数求得： 当负载为当负载为R、L和反电动势和反电动势E串联时，上式中：串联时，上式中： n次谐波电流的幅值次谐波电流的幅值dn为：为： n次谐波电流的滞后角为：次谐波电流的滞后角为： )cos(ddnmknntndIiREUId0d22)(LnRbzbdnnnnRLnnarctan3 =0 时整流电压、电流中的谐波有如下规律：时整流电压、电流中的谐波有如下规律：1m脉波整流电压脉波整流电压ud0的谐波次数为的谐波次数为mkk=1，2，3.次，即次，即m的倍数次；整流电流的谐波由整流电压的谐波决的倍数次；整流电

14、流的谐波由整流电压的谐波决议，也为议，也为mk次；次；2当当m一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减小，阐一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减小，阐明最低次明最低次m次谐波是最主要的，其它次数的谐波相对次谐波是最主要的，其它次数的谐波相对较少；当负载中有电感时，负载电流谐波幅值较少；当负载中有电感时，负载电流谐波幅值dn的减小更的减小更为迅速；为迅速；3 m添加时，最低次谐波次数增大，且幅值迅速减小，添加时，最低次谐波次数增大，且幅值迅速减小，电压纹波因数迅速下降。电压纹波因数迅速下降。 4 不为不为0 时的情况：时的情况： 三相半波整流电压谐波的普通表三相半波整流电压谐波的普通表达式非常复

15、杂，给出三相桥式达式非常复杂，给出三相桥式整流电路的结果，阐明谐波电整流电路的结果，阐明谐波电压与压与 角的关系。角的关系。以以n为参变量，为参变量，n次谐波幅值取次谐波幅值取标幺值对标幺值对 的关系如下图：的关系如下图：当当 从从0 90 变化时，变化时，ud的谐波幅的谐波幅值随值随 增大而增大，增大而增大， =90 时时谐波幅值最大。谐波幅值最大。 从从90 180 之间电路任务于有之间电路任务于有源逆变任务形状，源逆变任务形状，ud的谐波幅的谐波幅值随值随 增大而减小。增大而减小。030120150180600.10.20.390n=6n=12n=18/( )U2Lcn2三相全控桥电流延

16、续时，以n为参变量的与 的关系组成：由电力电容器，电抗器和电阻器按一定方式衔接而成 类型：单调谐滤波器、双调谐滤波器和高通滤波器 有效资料耗费多，体积大；有效资料耗费多，体积大；滤波要求和无功补偿、调压要求有时难以协调；滤波要求和无功补偿、调压要求有时难以协调；滤波效果不够理想，只能做成对某几次谐波有滤波滤波效果不够理想，只能做成对某几次谐波有滤波效果，而很能够对其他几次谐波有放大作用；效果，而很能够对其他几次谐波有放大作用；在某些条件下能够和系统发生谐振，引发事故；在某些条件下能够和系统发生谐振，引发事故；当谐波源增大时，滤波器负担加重，能够因谐波过当谐波源增大时，滤波器负担加重，能够因谐波过载不能运转载不能运转 q类型：根据与补偿对象衔接的方式不同而分为并联型和串联型类型：根据与补偿对象衔接的方式不同而分为并联型和串联型两种两种 q储能元件为电容的电压型，采用电感的电流型储能元件为电容的电压型，采用电感的电流型 q构成：由高次谐波电流的检测、调理和控制器、构成：由高次谐波电流的检测、调理和控制器、脉宽调制器脉宽调制器PWM的逆变器和直流电源等主的逆变器和直流电源等