电源测试技术之谐波产生量探讨及数据.

1、谐波产生量探讨及数据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谐波 (HARMONIC)(HARMONIC)谐波种类整整 数数 谐谐 波波 : 2nd: 2nd、3rd 3rd 、 4th 4th 、 5th 5th 奇奇 次次 谐谐 波波 : 3rd : 3rd 、 5th 5th 、 7th 7th 、 11th 11th 偶偶 次次 谐谐 波波 : 2nd : 2nd 、 4th 4th 、 6th 6th 、 8th 8th 非整数谐波非整数谐波: 2.3th : 2.3th 、 5.6th5.6thABC正相序谐波正相序谐波(3n+

2、1)(3n+1)4 4、7 7、1010、13 13 ABC负相序谐波负相序谐波(3n -1)(3n -1)2 2、5 5、8 8、1111ABC零相序谐波零相序谐波(3n)(3n)3 3、6 6、9 9、12 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%100.(%)12212322VVVVVVnnTHD%100.(%)12212322IIIIIInnTHD谐波产生源线性负荷线性负荷：非线性负荷非线性负荷：VIVI电阻性电阻性元元件件频率相依频率相依元元件件铁磁性设备铁磁性设备电弧性设备电弧性设备电子式电力转换器电子式电力转换器不产生谐波不产生谐波谐波产生源谐波产生源铁磁性

3、设备铁磁性设备 发电机、电动机、变压器等发电机、电动机、变压器等电弧性设备电弧性设备 电弧炉、点焊机等电弧炉、点焊机等电子式电力转换器电子式电力转换器 整流器、变频器、整流器、变频器、 UPSUPS等等谐波产生源谐波产生源 ( (铁磁性铁磁性设备设备) )变压器变压器I3= 50%I5= 20%激磁电流谐波含量激磁电流谐波含量激磁电流激磁电流变压器额定电流变压器额定电流=1.03.0%激磁阻抗激磁阻抗 (Magnetizing impedance)(Magnetizing impedance)XpXsXm轻载轻载电压升高电压升高谐振谐振有以下三种情形有以下三种情形 激磁电流谐波含量将升高激磁电

4、流谐波含量将升高谐波产生源 ( (铁磁性铁磁性设备设备) )谐波产生源 ( (电弧电弧性性设备设备) )谐波产生源 ( (电弧电弧性性设备设备) )交流交流电弧炉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 ( (电弧电弧性性设备设备) )直流直流电弧炉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 ( (电弧电弧性性设备设备) )实功率消耗实功率消耗电极棒消耗电极棒消耗耐火砖消耗耐火砖消耗电压闪烁电压闪烁温升效率温升效率谐波产生源 ( (电弧电弧性性设备设备) )主要谐波电流主要谐波电流I2 I3 I4 I5 I7精炼期精炼期熔解期熔解期7

5、.7% 5.8% 2.5% 4.2% 3.1%2.0%2.1% (IEEE Std 519-1992)谐波产生源 ( (电弧电弧性性设备设备) )点焊机点焊机点焊机点焊机谐波产生源 ( (电弧电弧性性设备设备) )谐波产生源 ( (电弧电弧性性设备设备) )电弧性设备负载有何特性电弧性设备负载有何特性?无功无功补偿补偿 ( (快速变化快速变化) )电压闪变电压闪变谐波谐波三相不平衡三相不平衡快速变化负载快速变化负载谐波产生源 ( (电子式电力转换器电子式电力转换器) )直流电机、电镀、电解、充电机直流电机、电镀、电解、充电机 整流器整流器 (Converter)(Converter)交交- -

6、直直 整流整流装置装置谐波产生源 ( (电子式电力转换器电子式电力转换器) )变频器变频器 (Inverter)(Inverter)交交- -直直- -交交 变频装置变频装置电动机变频调速电动机变频调速( (可节电可节电20%50%)20%50%)中频炉、高频炉中频炉、高频炉 ( (较工频炉体积减小较工频炉体积减小1/22/3)1/22/3)谐波产生源 ( (电子式电力转换器电子式电力转换器) )变频器变频器 (Inverter)(Inverter)造纸机械、纺织机械、印刷设备、中造纸机械、纺织机械、印刷设备、中( (高高) )频炉频炉中频中频感应炉感应炉谐波产生源 ( (电子式电力转换器电子

7、式电力转换器) )谐波产生源 ( (电子式电力转换器电子式电力转换器) )循环换流器循环换流器 (Cycloconverter)(Cycloconverter)改变输入电源的频率，使输出频率与输入频率不同改变输入电源的频率，使输出频率与输入频率不同06) 1(nffpmfsL02) 1(nffpmfsL谐波成份谐波成份: :谐波设备谐波设备: :钢铁厂轧钢设备钢铁厂轧钢设备非整数谐波非整数谐波交交- -交交 变频装置变频装置谐波产生源 ( (电子式电力转换器电子式电力转换器) )切换式电源供应器切换式电源供应器 (Supply)(Supply)小型家电设备小型家电设备具有效率高、重量轻、价格低

8、廉的优点具有效率高、重量轻、价格低廉的优点ABCN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-PhaseNon-linearLOAD1-PhaseNon-linearLOAD1-PhaseNon-linearLOAD影碟机不断电设备 照明装置谐波产生源 ( (电子式电力转换器电子式电力转换器) )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

9、%(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)( 3sin30)34( 3sin)34sin()32( 3sin)32sin()( 3sin)sin(331331133113311wtEEwtEwtEwtEwtEwtEwtEe第三谐波皆为同相位当接成接线则被

10、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脉冲数(P)(P)导通的延迟角导通的延迟角()()及换相及换相的重迭角的重迭角( () )控制型式控制型式 : : 非相控、全控、半控非相控、全控、半控影响谐波电流含有率的影响谐波电流含有率的主要主要因因素素: :谐波电流含有率 (脉冲数脉冲数) )谐波的阶次取决于整流装置脉冲数谐波的阶次取决于整流装置脉冲数六脉冲整流六脉冲整流十二脉冲整流十二脉冲整流Y6-pulse6-pulse12-pulse(理想状况)6-pulse6-pulseY3600/12=300I11、I13、I23、I25谐波电流含有率 (脉冲数脉冲数) )谐波电流含有率 (脉

11、冲数脉冲数) )YYY6-pulse6-pulse6-pulse00+200-2003600/18=200I17、I19、I35、I3718-pulse (理想状况)YYY6-pulse6-pulse6-pulse+200-200Harmonic ?故障或维修谐波电流含有率 (脉冲数脉冲数) )I5、I7、I11、 I13I17、I19、I35、I37YYY6-pulse6-pulse6-pulse00+200-200I17=5.9%、I19=5.3%I35=2.9%、I37=2.7%Y6-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

12、数脉冲数) )谐波电流含有率 (非相控非相控) )二极管二极管二级管组在交流侧二级管组在交流侧各相电压波形的各相电压波形的交叉点开始换相交叉点开始换相采自然换相方式采自然换相方式: :谐波电流含有率 ( (全控全控) )控制整流管导通的控制整流管导通的延迟角及关断时间延迟角及关断时间晶闸管晶闸管控制整流管导通的控制整流管导通的延迟角延迟角可关断晶闸管可关断晶闸管(GTO)(GTO)整流设备整流设备- - 非相控型和全控型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整流设备- - 非相控型和全控型非相控型和全控型谐波电流含有率 ( (半控半控) )含有偶次谐波电流

13、成分含有偶次谐波电流成分晶闸管晶闸管二极管二极管可关断晶闸管可关断晶闸管电流波形电压波形黑化炉黑化炉谐波电流含有率 ( (半控半控) )二次谐波黑化炉黑化炉谐波电流含有率 ( (半控半控) )谐波电流含有率2 24 45 57 78 810101111131317171919232325256-Pulse 6-Pulse 非非相控相控17.17.5 511.0 11.0 4.54.53.0 3.0 1.51.51.21.25 50.70.75 50.70.75 56-Pulse 6-Pulse 半半 控控353522222020141410103.0 3.0 7.0 7.0 5.0 5.0 5

14、.85.85.45.46-Pulse 6-Pulse 全全 控控 202014.314.3 8.78.77.67.64.94.94.34.3谐波电流含有率 ( (、 ) )203040506070AC HARMONIC CURRENT AS PERCENT OF Idc 10020406080100120160140180200Overlap angle u (degrees)80AC HARMONIC CURRENT AS PERCENT OF Idc 020406080100120160140180200101520253035405Overlap angle u (degrees)谐波电

15、流含有率 ( (、 ) )谐波电流含有率 ( (、 ) )AC HARMONIC CURRENT AS PERCENT OF Idc 020406080100120160140180200468101214162Overlap angle u (degrees)谐波电流含有率 ( (、 ) )AC HARMONIC CURRENT AS PERCENT OF Idc 02040608010012016014018020023456781Overlap angle u (degrees)nIIn11 11 111111 11 17 71 11 15 5%9 97%14147 7%20205 5I

16、 II II II II II II II II I= = = = = = =1111谐波电流含有率 ( (理论值理论值) )L1L2L3AC-motor6-pulse diode rectifierInverterVoltage source inverterMwithout AC side reactors850A-850A 0AI60Hz = 517AI300Hz = 53.6%I300Hz = 277A850A-850A 0A850A-850A 0A850A-850A 0AI420Hz = 28.8%I420Hz = 149AI60Hz = 350AI300Hz = 64.2%I300

17、Hz = 224AI420Hz = 39.4%I420Hz = 138AI60Hz = 179AI300Hz = 72.9%I300Hz = 130AI420Hz = 51.9%I420Hz = 93AI60Hz = 264AI300Hz = 68.1%I300Hz = 180AI420Hz = 44.8%I420Hz = 118AL1L2L3AC-motor6-pulse diode rectifierInverterVoltage source inverterM4%with 4% AC side reactors600A400A200A-200A-400A-600A 0A600A400A200A-200A-400A-600A 0A600A400A200A-200A-400A-600A 0A600A400A200A-200A-400A-600A 0AI60Hz = 500AI60Hz = 340AI60Hz = 170AI60Hz = 260AI300Hz = 51.1%I300Hz = 87AI300Hz = 42.2%I300