一、變頻電源運用中的問題

在工業(yè)調(diào)速傳動領(lǐng)域中，與傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)速比較，用變頻電源調(diào)速有許多長處，運用十分廣泛，但因為變頻電源逆變電路的開關(guān)特性，對其供電電源構(gòu)成了一個典型的非線性負(fù)載，變頻電源在現(xiàn)場通常與其它設(shè)備一同運轉(zhuǎn)，例如計算機(jī)和傳感器，這些設(shè)備常常安裝得很近，這樣可能會構(gòu)成相互影響。因此，以變頻電源為代表的電力電子設(shè)備是共用電網(wǎng)中最首要的諧波源之一，其對電力體系中電能質(zhì)量有著重要的影響。供電體系諧波的界說是對周期性非正弦電量進(jìn)行傅立葉級數(shù)分解，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的重量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的重量，這部分電量稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值(n=fn/f1) 稱為諧波次數(shù)。電網(wǎng)中有時也存在非整數(shù)倍諧波，稱為非諧波(Non-harmonics)或分?jǐn)?shù)諧波。諧波實際上是一種 攪擾量，使電網(wǎng)遭到“污染”，電能質(zhì)量下降。電工技術(shù)領(lǐng)域首要研討諧波的產(chǎn)生、傳輸、丈量、危害及按捺，其頻率范圍一般 為2≤n≤40

二、諧波的產(chǎn)生過程

向共用電網(wǎng)注入諧波電流或在共用電網(wǎng)上產(chǎn)生諧波電壓的電氣設(shè)備稱為諧波源。具有非線性特性的電氣設(shè)備是首要的諧波源，例如帶有功率電子器件的變流設(shè)備，溝通控制器和電弧爐、感應(yīng)爐、熒光燈、變壓器等。

諧波產(chǎn)生的底子原因是因為非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時，與所加的電壓不呈線性聯(lián)系，就構(gòu)成非正弦電流，然后產(chǎn)生諧波。

諧波頻率是基波頻率的整倍數(shù)，根據(jù)法國數(shù)學(xué)家傅立葉(M.Fourier)剖析原理證明，任何重復(fù)的波形都能夠分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波重量。諧波是正弦波，每個諧波都具有不同的頻率、起伏與相角。諧波能夠區(qū)分為偶次與奇次諧波。在平衡的三相體系中，因為對稱聯(lián)系，偶次諧波現(xiàn)已被消除了，只有奇次諧波存在，奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大。我國工業(yè)企業(yè)也越來越多的運用產(chǎn)生諧波的電氣設(shè)備，例如晶閘管電路供電的直流提升機(jī)、交-交變頻設(shè)備、軋鋼機(jī)直流傳動設(shè)備、晶閘管串級調(diào)速的風(fēng)機(jī)水泵和冶煉電弧爐等。這些設(shè)備取用的電流對錯正弦形的，其諧波重量使體系正弦電壓產(chǎn)生畸變。諧波電流的量取決于諧波源設(shè)備自身的特性及其作業(yè)狀況，而與電網(wǎng)參數(shù)無關(guān)，故可視為恒流源。 各種晶閘管電路產(chǎn)生的諧波次數(shù)與其電路方法有關(guān)，稱為該電路的特征諧波。除特征諧波外，在三相電壓不平衡，觸發(fā)脈沖不對稱或非穩(wěn)定作業(yè)狀態(tài)下，上述電路還會產(chǎn)生非特征諧波。進(jìn)行諧波剖析和核算最有含義的是特征諧波，假如5，7，11，13次等。如直流側(cè)電流波紋較大，則5次諧波幅值將增大，其他各次諧波幅值將削減。 當(dāng)電網(wǎng)接有多個諧波源時，因為各諧波源的同次諧波電流重量的相位不同，其和將小于各重量的算術(shù)和。 變壓器激磁電流中含有3，5，7等各次諧波重量。因為變壓器的原副邊繞組中總有一組為角形接法，為3次諧波供給了通路，故3次諧波電流不流入電網(wǎng)。但當(dāng)各相激磁電流不平衡時，可使3次諧波的剩余重量(最多可達(dá)20%)進(jìn)入電網(wǎng)。

三、諧波危害

關(guān)于電力體系來說，電力諧波的危害首要表現(xiàn)有以下幾方面：

(1)添加輸、供和用電設(shè)備的額定附加損耗，使設(shè)備的溫度過熱，下降設(shè)備的使用率和經(jīng)濟(jì)效益：

(2)電力諧波對輸電線路的影響：

諧波電流使輸電線路的電能損耗添加。當(dāng)注入電網(wǎng)的諧波頻率位于在網(wǎng)絡(luò)諧振點鄰近的諧振區(qū)內(nèi)時，對輸電線路和電力電纜線路會構(gòu)成絕緣擊穿。

(3)電力諧波對變壓器的影響：

諧波電壓的存在添加了變壓器的磁滯損耗、渦流損耗及絕緣的電場強(qiáng)度，諧波電流的存在添加了銅損。對帶有非對稱性負(fù)荷的變壓器而言，會大大添加勵磁電流的諧波重量。

(4) 電力諧波對電力電容器的影響：

含有電力諧波的電壓加在電容器兩頭時，因為電容器對電力諧波阻抗很小，諧波電流疊加在電容器的基波上，使電容器電流變大，溫度升高，壽命縮短，引起電容器過負(fù)荷甚至爆破，一同諧波還可能與電容器一同在電網(wǎng)中構(gòu)成電力諧波諧振，使毛病加重。

(5)影響繼電保護(hù)和自動設(shè)備的作業(yè)可靠性：

特別關(guān)于電磁式繼電器來說，電力諧波常會引起繼電保護(hù)及自動設(shè)備誤動或拒動，使其動作失掉選擇性，可靠性下降，簡單構(gòu)成體系事故，嚴(yán)峻要挾電力體系的安全運轉(zhuǎn)。

(6)對通訊體系作業(yè)產(chǎn)生攪擾：

電力線路上流過的幅值較大的奇次低頻諧波電流經(jīng)過磁場耦合時，會在鄰近電力線的通訊線路中產(chǎn)生攪擾電壓，攪擾通訊體系的作業(yè)，影響通訊線路通話的清晰度，甚至在極端的情況下，還會要挾著通訊設(shè)備和人員的安全。

(7)對用電設(shè)備的影響：

電力諧波會使電視機(jī)、計算機(jī)的圖形畸變，畫面亮度產(chǎn)生動搖變化，并使機(jī)內(nèi)的元件溫度呈現(xiàn)過熱，使計算機(jī)及數(shù)據(jù)處理體系呈現(xiàn)過錯，嚴(yán)峻甚至危害機(jī)器。

此外，電力諧波還會對丈量和計量儀器的指示不精確及整流設(shè)備等產(chǎn)生不良影響，它現(xiàn)已成為當(dāng)時電力體系中影響電能質(zhì)量的大公害。

四、諧波管理

管理諧波問題，按捺輻射攪擾和供電體系攪擾，可采取屏蔽、阻隔、接地及濾波等技術(shù)手法。管理諧波的首要辦法有：加大體系短路容量;進(jìn)步供電電壓等級;添加變流設(shè)備的脈動數(shù);改進(jìn)體系的運轉(zhuǎn)方法，設(shè)置溝通濾波器等都能減小體系中的諧波成分。溝通濾波器又分為無源濾波器和有源濾波器兩種。有源濾波器是一種向體系注入補(bǔ)償諧波電流，以抵消非線性負(fù)荷所產(chǎn)生的諧波電流的能動式濾波設(shè)備。它能對變化的諧波進(jìn)行敏捷的動態(tài)盯梢補(bǔ)償，且補(bǔ)償特性不受體系阻抗影響。其結(jié)構(gòu)相對雜亂，運轉(zhuǎn)損耗較大，設(shè)備造價高;在補(bǔ)償諧波的一同，也會注入新的諧波。無源濾波器(又稱LC濾波器)是使用LC諧振原理，人為地構(gòu)成一條串聯(lián)諧振支路，為欲濾除的首要諧波供給阻抗極低的通道，使之不注入電網(wǎng)。LC濾波器結(jié)構(gòu)簡單，吸收諧波作用顯著;但僅對固有頻率的諧波有較好的補(bǔ)償作用;且補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗的影響很大，在特定頻率下，電網(wǎng)阻抗和LC濾波器之間可能會產(chǎn)生并聯(lián)諧振或者串聯(lián)諧振。

五、總述

無功功率補(bǔ)償, 諧波管理技術(shù)是當(dāng)時甚至往后適當(dāng)長的時期內(nèi), 緩解電力供需矛盾, 改進(jìn)供電質(zhì)量的一種行之有效的手法之一, 經(jīng)廣泛推廣運用后, 能為國家和用戶帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會效益。將變頻電源產(chǎn)生的諧波控制在最小范圍內(nèi)，做到科學(xué)合理用電，抑制電網(wǎng)污染，提高電源質(zhì)量。