諧波產(chǎn)生的原因及危害方式

一． 諧波的產(chǎn)生

當(dāng)電網(wǎng)中的電壓或電流波形呈非理想的正弦波時(shí)，其中會(huì)出現(xiàn)含有高于50HZ的電壓或電流成分，我們將高于50HZ頻率的電壓或電流成分稱(chēng)之為諧波。

諧波來(lái)源很多，主要為非線性用電設(shè)備。非線性用電設(shè)備為電網(wǎng)的主要諧波來(lái)源，其中以下幾種最嚴(yán)重：

1． 電弧加熱設(shè)備；如電弧爐，電焊機(jī)等。

2． 交流整流的直流用電設(shè)備；如電力機(jī)車(chē)，電解，電鍍，直流電機(jī)等。

3． 交流整流再逆變的用電設(shè)備；如變頻器。

4． 開(kāi)關(guān)電源設(shè)備；如中頻爐，彩電，電腦等

5． 目前民用的照明設(shè)備、通訊設(shè)備、日常用電設(shè)備等都為非線性設(shè)備。

下面介紹主要幾種非線性用電設(shè)備的諧波產(chǎn)生原理。

Ⅰ.電弧爐

電弧爐作為加熱設(shè)備，它在70V以上才會(huì)起弧,起弧之后才有弧電流；同樣，電弧爐滅弧時(shí)電壓也有幾十伏，只是略低于起弧電壓,這樣就造成了弧電壓與弧電流的不同步,出現(xiàn)非線性特性;并且弧電流波形不對(duì)稱(chēng),是非正弦波,因此產(chǎn)生的諧波非常大,多為18次以下低次數(shù)諧波,對(duì)電網(wǎng)污染嚴(yán)重.

Ⅱ.直流用電設(shè)備:如直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng).

交流整流成直流,由于整流設(shè)備整流時(shí)有一個(gè)閥電壓,小于閥電壓,電流為零,說(shuō)明電壓與電流并不同步。為了能提供平穩(wěn)的直流電源,在整流設(shè)備中又加入了儲(chǔ)能元件(電容和電感)，這些儲(chǔ)能元件工作時(shí)又把閥電壓提高了一段,電壓和電流形成非常明顯的非線性特征;為了方便控制直流設(shè)備的電壓和電流,一般采用可控硅通過(guò)控制其導(dǎo)通角調(diào)節(jié)供給電壓實(shí)現(xiàn)調(diào)速,由于交流通過(guò)整流后得到的直流存在脈動(dòng),脈動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生高次諧波,高次諧波又會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)電壓和電流波形畸變;一系列的變化，各種原因重疊一起,就產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波污染,主要為5,7,11,13次低次諧波,破壞性很大.

Ⅲ.整流逆變?cè)O(shè)備:如中頻爐,變頻器.

這類(lèi)設(shè)備在交流變直流過(guò)程中產(chǎn)生的諧波與上述整流設(shè)備一樣,更為突出的是它從直流逆變成交流時(shí)又有逆變波形反射到交流,這樣產(chǎn)生的諧波不僅有低次諧波、高次諧波,更有分?jǐn)?shù)諧波,可以說(shuō)諧波成分比較復(fù)雜.

二.諧波危害

1.諧波頻率較高導(dǎo)致導(dǎo)線的趨膚效應(yīng)加重,因此銅損急劇增加.變壓器也因?yàn)殍F芯不 能適應(yīng)急劇變化的磁通，導(dǎo)致鐵損迅速增加.造成變壓器發(fā)熱而燒毀（電流表顯示不出諧波電流），而且浪費(fèi)電能.諧波還會(huì)造成功率因數(shù)太低,無(wú)功量過(guò)大,企業(yè)力率居高不下.

2.由于諧波無(wú)孔不入,它不會(huì)象無(wú)功電流那樣會(huì)一直傳送至發(fā)電機(jī),而是全被電網(wǎng)中的設(shè)備消耗掉,越近的系統(tǒng),消耗的越多,造成本用電系統(tǒng)中的設(shè)備的損耗普遍性增加,溫升提高.

3.電機(jī)類(lèi)負(fù)荷,由于諧波的逆序作用導(dǎo)致輸出扭矩下降，電機(jī)過(guò)熱，浪費(fèi)電能而不知.

4.在含有電力電容器的場(chǎng)合,電容器對(duì)諧波呈低阻抗會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重過(guò)電流,造成電容器發(fā)生失容損壞和爆裂.

5.精密電子設(shè)備,包括電子電能表,會(huì)被嚴(yán)重干擾,精度下降甚至燒毀.

6.繼電保護(hù)機(jī)構(gòu)會(huì)由于諧波作用產(chǎn)生誤動(dòng)作或拒動(dòng)．

三.解決方案

例如：

重慶某電子廠，配電房補(bǔ)償裝置長(zhǎng)期出現(xiàn)燒毀、跳閘等現(xiàn)象，直接導(dǎo)致其考核功率因數(shù)不達(dá)標(biāo)，系統(tǒng)存在5、7次諧波，導(dǎo)致力調(diào)費(fèi)罰款，用戶(hù)多次維護(hù)效果仍不佳，感到十分頭疼。經(jīng)供電局及成套廠輾轉(zhuǎn)推薦，用戶(hù)找到我司，我司攜帶電能質(zhì)量分析儀對(duì)其系統(tǒng)全工段負(fù)荷進(jìn)行了整體測(cè)試，并測(cè)試記錄原補(bǔ)償裝置的損壞狀態(tài)。系統(tǒng)性分析發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)存在波動(dòng)性無(wú)功欠補(bǔ)償、諧波放大、電容超限運(yùn)行等諸多問(wèn)題。經(jīng)過(guò)可行性實(shí)驗(yàn)，仿真校核，我司定制“動(dòng)靜結(jié)合濾波補(bǔ)償方案”，改造實(shí)際運(yùn)行效果喜人，功率因數(shù)達(dá)到0.92以上，供電可靠性提升的同時(shí)系統(tǒng)諧波含量降低，原生產(chǎn)線設(shè)備故障率大幅降低，有效避免了力調(diào)電費(fèi)。

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