产生三次谐波的主要负载有哪些

2021-07-14

一、三次谐波产生的原因
三次谐波电流主要来自于单相整流电路。熟悉电路的人都知道,平滑电容的电压被充电到交流电的峰值后,就维持在交流电峰值附近。当交流电的电压低于电容上的电压时,电网上没有电流流入负载。这时,负载的电流由电容供给,随着输出电流,电容的电压开始降低,在某个时刻,交流电的电压会高于电容上的电压,这时,电网上才会有电流流入电容(给电容充电,使电容上的电压升高)和负载中。因此,电网仅在接近电压峰值的时刻向负载输入电流,电流的形状为脉冲状。通过付立叶分析可知,这种脉冲状的波形包含丰富的三次谐波成分。

二、产生三次谐波的主要负载
当今社会几乎所有的电子电路都需要用直流供电来工作,因此整流电路无处不在。其中对配电系统造成巨大影响的典型设备包括:
1. 通信设备、UPS电源、办公自动化设备
2. 大型医疗设备
3. 电视机为代表的家用电器,特别是变频空调、电磁炉等
4. 节能灯、调光灯等照明设备
5. 大尺寸的LED屏幕
电视机和计算机的电流为很窄的脉冲波,这是很典型的单相整流电路的电流波形,实际上,任何使用开关电源作为直流电源的设备都会产生这种电流的波形。这是三次谐波电流的主要来源。
目前大量使用的大尺寸LED屏幕,采用很多开关电源并联供电,因此LED屏幕产生的3次谐波电流很大。调光灯通过控制可控硅的导通角来控制电压的有效值。因此,他的电流也不是正弦波。节能灯也是目前常见的负载,他的电流也是脉冲状的。实际上,现代建筑物中,节能灯导致的三次谐波电流已经成为主要的危害。
三、三次谐波引起的故障
1. 三次谐波引起变压器过热
谐波电流在流过变压器时,会造成变压器的损耗增加,从而导致变压器的温度过高。其中,三次谐波电流造成变压器过热的情况为严重。当负载全部为信息设备和节能灯时,变压器的容量往往仅能达到铭牌上标称容量50%。
变压器的初级绕组温度很高,尽管变压器还没有达到额定的功率。这是由于3次谐波电流在初级绕
组中形成环流所致。
2. 三次谐波引起跳闸
过流保护装置意外动作,虽然实际电流并没有达到保护的阈值,这是由于包含3次谐波的电流在同样有效值的条件下具有更大的峰值。
3. 三次谐波引起零线过热
零线电流超过相线电流,尽管3相的负荷平衡,往往导致零线过热。造成零线过热的原因就是零线电流过大。零线不同于相线,他没有过流保护装置,因此在电流过大的情况下,不会进行保护,只能任凭发热。在一般配电系统中,零线的截面积并不比相线大(甚至更小),超过相线的电流必然会导致零线过热;零线上没有保险装置,不能像相线那样在过流时自动断开。因此,零线上过大的电流必然导致零线过热。
 
四、解决三次谐波的办法
上述提到了三次谐波的产生以及三次谐波容易引起的故障,那么出现了三次谐波的问题该如何解决?目前对于三次谐波的治理,主要的是三次谐波治理装置,即(零线电流滤波装置 从全系统的角度对三次谐波电流电流进行治理,对整个供电系统的相线与零线上的三次谐波电流电流进行同步消除,配电系统上的任何设备都能够受益, 只需串接在零线上,滤波效果不受相线电流相位角调节变化影响,接线简单方便, 采用专有的零线谐振阻波仿真技术,在三相负载发生不平衡波动变化时保持稳定滤波, 治理装置具有即连即用即见效的高度自控性能,不需要额外的控制系统和复杂人工调节,同步滤除零线和相线上3次谐波电流90%以上,减小三次谐波电流带来的电气火灾隐患, 成套装置配有剩余零线电流监测系统,全面监控剩余零线电流。
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