2、电力及谐波知识

认识电能电力及谐波基础知识电压U

•单位：V（伏特）、kV

•应用：标示系统或负荷的电压值

电流I•单位：A（安培）、kA

•应用：标示系统或负荷的电流值

交流电时域图UI超前于UI滞后于Ut交流电相位图I超前于U相位角小于0I滞后于U相位角大于0U为零相位三相交流电时域图UAUCUBt交流电相位图UC为-120°UB为120°UCAUBCUBCUA为零相位UA

、UB

、UC称为相电压(U相)即为线与地之间的电压UAB

、UBC

、UCA称为线电压(U线)即为线与线之间的电压一般来说，系统电压为U线阻抗

•单位：Ω（欧姆）mΩ、kΩ、MΩ

•应用：各类负载

阻抗(Z)

电阻(R)

电抗(X)

感抗(XL)

容抗(XC)

阻抗RXZφ1φ为阻抗角j电阻R

•单位：Ω（欧姆）mΩ、kΩ、MΩ

•应用：白炽灯、电热丝等发光发热的负载越串越大，越并越小

相关知识：ρ：导体电阻率l：导体长度S：导体截面积电感L•单位：H（亨）、mH、μH•应用：电动机、发电机、变压器、

电磁铁、电抗器等感性负载•感抗公式：与电阻类似，越串越大，越并越小

电容C•单位：F（法）、mF、μF•应用：无功补偿为主的容性负载•容抗公式：电容C与电阻相反，越串越小，越并越大CCC/2C2CC相关知识：ε：介质介电常数S：极板面积D：极板间距电阻、感抗、容抗RXL1jXC有功功率P

•单位：W（瓦特）、kW、MW

•作用：电能-热能、机械能、化学能，

发光、发热、拖动机械。

•应用：标示或计算负荷的有功功率

•公式：无功功率Q

•单位：var（乏）、kvar、Mvar

•作用：电能-电场能、电能-磁场能转换，

建立电磁场等

•应用：标示或计算负荷的无功功率

•公式：

视在功率S

•单位：VA（伏安）、KVA、MVA

•应用：标示或计算负荷的视在功率

•公式：

功率因数COSφ或PF

•单位：0……..1（滞后或超前）

•用途：标示或计算有功与视在功率的比值

•公式：φ：功率因数角

COSφ=P/S

功率PQSφ功率因数角就是负载阻抗角欧姆定理直流基本公式推导公式{欧姆定理交流基本公式推导公式{阻抗的串联串联:R1R21010串联的元件电流相等，分压串联:R220100VI=??串联:R1R22030I=5AU1串联:XL(1)XL(2)1010串联:XC(1)XC(2)1010串联:XLXC1010.2100V串联:XCXTR串联:500V500Kvar2000KVA10/0.4KVZ=5%0.0040.500串联:500V500Kvar2000KVA10/0.4KVZ=5%U11=10VI11=??串联:XC(11)=0.0455XTR(11)=0.044U11=10VI11=??阻抗的并联并联:R120R23010A并联的元件电压相等，分流并联:RT1210AV=并联:R120R23010AI1I2U=120V并联:R1R2I1I2413211372A并联:10AXLXC1010.1并联:10AI11=30AXTXCITIC480V300Kvar1250KVA10/0.4KVZ=5%并联:I11=10AXLXCILICXC(11)=0.0455XTR(11)=0.044500V500Kvar2000KVA10/0.4KVZ=5%认识电力系统GMR电感性负荷电阻性负荷电容性负荷C认识电力系统GMR电感性负荷电阻性负荷电容性负荷PQCOSφ>0(滞后)CCOSφ=？认识电力系统GMRPCOSφ=1.0(同相位)C电感性负荷电阻性负荷电容性负荷认识电力系统GMRCOSφ<0(超前)C电感性负荷电阻性负荷电容性负荷Q认识电力系统GMC电感性负荷电容器PQCOSφ=？Q2.提高电网功率因数1.降低电网运行电流3.降低导线及变压器损耗P损=I2×R线路4.增加变压器使用裕度可以让更多的电流通过变压器5.提高电网电压U末端=U始端-ΔUΔU=I×Z线路装设电容器优点增加设备寿命、提高效率、合格率、改善电网质量……谐波是什么?

--谐波的定义?

--什么负荷会产生谐波?-谐波的阶次?-谐波的量?-谐波的方向?什么是谐波(HARMONIC)?电力系统中除基本波(50/60Hz)外，任一周期性的讯号，皆称为谐波。

整数谐波:2nd,3rd,4th奇次谐波:3rd,5th,7th偶次谐波:2nd,4th,6th

非整数谐波:2.3th,5.6th（冶金行业）

次级谐波:<1次谐波谐波种类?谐波的定义电力系统中谐波的分类

正序谐波:(3n+1)

4th,7th,10th……

负序谐波:(3n-1)2nd,5th,8th……

零序谐波:(3n)3rd,6th,9th……谐波的分类：正序谐波：(3n+1)4th,7th,10th……造成正序谐波转矩不均匀！ABC谐波的分类：负序谐波：(3n-1)2nd,5th,8th……造成负序谐波转矩不均匀！ABC谐波的分类：零序谐波

：(3n)3rd,6th,9th…..没有相角差谐波电流将会累积到N相ABC总谐波电压畸变率总谐波电流畸变率畸变率谐波产生源线性负荷：非线性负荷：VIVI电阻性元件频率比例性元件铁磁性设备电弧性设备电力电子转换阻抗基本不变，不产生谐波阻抗变化，谐波产生源铁磁性设备

发电机、电动机、变压器等谐波产生源电弧性设备

电弧炉、点焊机等电力电子转换等

整流器、变频器、

UPS等DC+-6-PULSE整流器POWERACABC其它整流设备：直流电机，UPS电源，电镀，电解，电信，电池充电机…….产生谐波的负荷+POWERABC-PWMMOTORACDC6-PULSEINVERTER

变频器AC产生谐波的负荷变频器应用:造纸机械，纺织机械，空调设备，动力泵，智能电梯，印刷设备

…ABCN单相设备计算机电视机UPS照明装置电焊机单相负荷n:谐波次数k:常数1,2,3,…p:pulse数例:n=1*6±1n=2*6±1::571113谐波的阶次p=2、p=6、p=12…例:n=1*2±1n=2*2±1n=3*2±1:133557In:谐波电流值I1:基本波电流n

:谐波次数谐波的量例:p=6例:p=12谐波电流LOAD谐波电压UPSPC电脑M电机电容TV显示屏etc.电气设备阻抗谐波的方向→变压器铜损、漏磁损谐波

→铁损电力谐波→机械噪音、温升

谐波影响…变压器谐波影响…电力电缆→过载导致过热谐波→绝缘破坏→集肤效应加重谐波影响…转动电机正序谐波:(3n+1)

4th,7th,10th……负序谐波:(3n-1)2nd,5th,8th……→铜损→铁损电力谐波→机械效率、转矩谐波谐波影响…控制系统电压过零点

→漂移导致控制器

→判断错误改变线电压的

→位置点最终控制系统

→失控

因电力线中的谐波电流或谐波电压会产生感应电磁场,将影响邻近电话线的通讯品质。

如何减少谐波对通讯网路的干扰率,在IEEE/Std519-1992有下列几项建议:(1)适当的摆设与遮蔽(2)避开地线回路与不平衡三相电路(3)减少闸流体换相时间(4)加装串联或并联滤波器,以达隔离或滤除谐波的功效谐波影响…通讯

-

造成电容器过电流

-与系统产生并联谐振-与系统产生串联谐振后果：-造成电容器故障-增大谐波对电网的影响谐波影响…电容器调查发现：无功补偿系统长期困扰工业用户电容器——易耗品？危险品？LOADI5(250Hz)I7(350Hz)………电容器变压器变大变小造成电容器过电流I5(250Hz)I7(350Hz)………电容器变压器与系统产生并联谐振LOAD谐波I5I7…CAPACITORXC

XTRTRLoadZLC(n)当XTR(n)=XC(n)

时

ZLC(n)的阻抗为无限大与系统产生并联谐振谐波In与系统产生并联谐振ZLC(n)的阻抗为无限大谐波电流流经阻抗无限大的回路时无限大的谐波电压将产生无限大的谐波电压与系统产生并联谐振无限大的谐波电压将于电网与电容器间,产生大电流将迅速造成电容器故障无限大的谐波电压XC(n)谐波电流

XTR(n)与系统产生并联谐振-造成电容器故障-增大谐波对电网的影响谐波电流I5,I7,I11…电容器LOAD设备不产生谐波就没有谐振危险吗？错LOADU5,U7,U11……电容器变压器与系统产生串联谐振ZLC(n)谐波U5,U7,U11….CAPACITORTR

XTRXC当XTR(n)=XC(n)

时

ZLC(n)的阻抗为0谐波UnZLC(n)的阻抗为0谐波电压流经阻抗为0的回路时无限大的谐波电流将产生无限大的谐波电流-造成电容器故障-增大谐波对电网的影响LOADU5,U7,U11…..电容器变压器

-如何避免电容器过电流-如何避免与系统产生并联谐振-如何避免与系统产生串联谐振如何避免谐波对电容器的影响?电容器变压器谐波电流I5,I7,I11…调谐滤波电抗器LOAD电容器调谐滤波电抗器XLf(Hz)Z(Ω)-XC电容器调谐滤波电抗器f(Hz)Z(Ω)f0：XL(n)=XC(n)f0左侧：XC>XLXC起主导作用f0右侧：XC<XLXL起主导作用XL-XCf(Hz)Z(Ω)f0频率低于f0

呈电容性频率大于f0

呈电感性电容性电感性xLC电容器变压器调谐滤波电抗器谐波电流I5,I7,I11…LOAD7%f0=189Hzf(Hz)Z(Ω)f0=189XTR(n)变压器阻抗2505次谐波频率下:调谐滤波器组阻抗变压器阻抗都呈现感性

xLC(n)调谐滤波器组阻抗大于变压器阻抗电网同时存在感抗及容抗并且在一定的谐波频率下感抗等于容抗谐振条件变压器电感性I5,I7,I11…U5,U7,U11…不会发生并联谐振不会发生串联谐振LOAD电容器变压器7%调谐滤波电抗器谐波电流I5,I7,I11…部分谐波电流被调谐滤波器吸收阻抗大阻抗小LOAD串联电抗器绝不