谐波原理和抑制专题培训课件

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基本概念
图形
12 3 4 5
infra
inter
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间谐波和次谐波
间谐波
正弦分量不是基波频率的整数倍。
次谐波
谐波分量频率低于基波频率
这两类干扰是由各种设备吸收的功率为周期性或随机变
化引起的。
例: 电弧炉
电弧不稳定
波形控制
循环变流器 变频器
频率变换器
基波均方根值
22
H3 均方根值
.E p
1 22
.E 3p
+E
U P
wt 2P
-E 1 3 5 7 9 11 n 施耐德电气公司房地产客户部
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基本概念
定义
逐次谐波畸变
n次谐波均方根与基波均方根值的比值 Yn
Hn % = 100 Y1
频谱
谐波幅值和谐波次数的函数表示。各次谐波幅值表示为基 波的百分数。
Sn (kVA) THD (U) · ¢ µç »ú
<1000
1000 to 5000
>5000
<5% <3% <1, 5%
THD (U) UPS
<3%
(*)
(*)
(*) : 不同类型产品有很大不同
电源处谐波畸变一般不太突出
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谐波干扰
电力输配
变压器产生谐波:
畸变往往也较低 反之, 高电源阻抗阻止谐波电流流向电源, 但电压总畸
变往往也较高 电源阻抗与总谐波畸变 (u, i) 之间的变化是非线性的
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基本概念
术语
主要术语
× Ü Ð³ ²¨»û ± ä ¹¦ ÂÊ Òò Êý Ïà ÒÆ Òò Êý »û ± ä Òò Êý · å Öµ Òò Êý
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基本概念
定义
非正弦周期量的均方根值 (RMS)
∫ Yrms =
1
T
y2 (t) dt =
T0
n=
(Yn)2
n=1
电压畸变
谐波均方根值与基波的比值
n= (Yn)2 n=2
THD (%) = 100 Y1*
* 对于 DIN 标准, Y1 由 Y 的均方根值代替
THD (%) = 100
n=

n=2
(Hn)2
在各次谐波频率下的电源阻抗为电压出现畸变的基本原因
结论: 如果电源阻抗低, 电压畸变就低。
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基本概念
等效图 变压器, 发电机,
电缆
电源阻抗
阻抗和频率的函数关系
输出阻抗与额定负载时输出阻抗的比值
150 Zs Zc %
谐波原理和抑制
内容
1 - 基本概念 2 - 电力生产、配电和消耗各环节产生的谐波干扰 3 - 标准和规定 4 - 谐波对主要元件的影响 5 - 谐波抑制方案 5.1 - 防止和校正 5.2 - 有源滤波器 5.3 - 正弦波采样理论
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1 - 基本概念
目的: 了解本课必备的基本概念
PF
DF = cos j1
峰值因数是峰值与周期量均方根值的比值
Y crest
CF =
Y rms
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基本概念

e
U i
Zs
s
电源阻抗
电压与电流畸变的关系
电源阻抗
对于每个电流谐波In, 对应该频率的电源阻抗Zsn两端存在
谐波电压Un
Un=Zsn.In
来自百度文库 逐次谐波畸变 Hn= Un
U1
(U1: 基波值)
例, 计算机, 启动时的电机, 变频器，节能灯，变压器加电时, 等。
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基本概念
电抗器饱和
v L = f (i)
L
整流二极管
i
R
v
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非线性，举例
L lil
i v
v i
P
2P wt
v i
wt
非线性引起谐波表现为电流不再跟随电压的形状, 即不是正弦波。
ͨ³£ ± ê ¼Ç TDH FP cosj FD FC
IEC D l
cosj1 n FC
Æä Ëü THD, t
PF
DF, Fd CF
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2 - 电力生产、配电和消耗各环节 产生的谐波干扰
目的: 认识干扰源的特点
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谐波干扰
电源
在电网某一点, 谐波畸变依赖于:
负载类型
电缆或导线
变压器接线类型和阻抗
MV/LV
电源阻抗
PSB
EJP U
I
线性负载
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M
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谐波干扰
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电力生产: 发电机和不间断电源
当无载或线性负载时, THD (U) 小于 4%
对于非线性负载, 畸变主要依赖:
采用技术 网络情况
ao, an, bn 为博立叶系数
ao
=
2 T
oT
f(t).dt
an
=
2 T
oT
f(t).cosnw1t.dt
bn
=
2 T
oT
f(t).sinnw1t.dt
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基本概念
定义
以方波为例
Y0 = 0
1 22 E
Yn = n p
1 Yn/Y1 =
n
对于奇数次n 对于奇数次n
Yn/Y1 100%
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基本概念
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定义
傅立叶变换:
所有周期性的非正弦连续函数, 可以被分解成无穷多的
周期正弦函数的总和, 该正弦函数的频率为基波频率的
整数倍。
f(t) =a2o

+ S [ancos(nw1t) + bnsin(nw1t)] n=1
式中:
2p w1 = T n 为正整数
(T 为周期)
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基本概念
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定义
功率因数和相移因数
功率因数是有功功率P与视在功率S的比值 P
PF = S
相移因数 cos j1 代表电压与电流基波夹角的余弦。
P1
cos j1=
S1
P1 基波分量的有功功率 S1 基波分量的视在功率
畸变因数 DF 是 PF 与 cos j1 之间的比值
传统UPS
100
发电机 X”d=12%
UPS
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变压器 Usc=4% 50
MLI UPS
50
250
500
750 F (Hz)
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基本概念
电源阻抗对电压和电流畸变的影响
电流谐波畸变依赖于负载 电压谐波畸变依赖于电源 较低的电源阻抗利于谐波电流流向电源, 但同时电压
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基本概念
无谐波
电流包含谐波
线性负载 非线性负载
线性负载概念:
负载被称为“线性的”是指当施加一个正弦波电压时它吸收的电流也 是正弦波的负载。
例, 白炽灯,加热器, 稳态运行的电机。
非线性负载概念:
负载被称为“非线性”是指当加上一个正弦波电压, 它吸收的电流为非 正弦的。