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电能质量的好坏,直接影响到工业产品的质量

 发布时间:2017-11-02

在交流电源系统中,含有大量谐波治理的电源设备可以等效为一个线性负载和一系列的谐波电流源。可以认为,连接到交流电源的非线性负载从交流电源吸取基波电流并向交流电源反馈各种频率的谐波电流。谐波电流值和电源内阻越大,谐波所造成的电压波形失真也就越大,所造成的危害也越大。

电能质量的好坏,直接影响到工业产品的质量,评价电能质量有三方面标准。首先是电压方面,它包含电压的波动、电压的偏移、电压的闪变等;其次是频率波动;后是电压的波形质量,即三相电压波形的对称性和正弦波的畸变率,也就是谐波所占的比重。我国对电能质量的三方面都有明确的标准和规范。

随着科学技术的发展,随着工业生产水平和人民生活水平的提高,非线性用电设备在电网中大量投运,造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。它不仅增加了电网的供电损耗,而且干扰电网的保护装置与自动化装置的正常运行,造成了这些装置的误动与拒动,直接威胁电网的安全运行。

电网谐波来自于3个方面:

1.发电源质量不高产生谐波:发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称,铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因,发电源多少也会产生一些谐波治理设备,但一般来说很少。

2.是输配电系统产生谐波:输配电系统中主要是电力变压器产生谐波,由于变压器铁心的饱和,磁化曲线的非线性,加上设计变压器时考虑经济性,其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上,这样就使得磁化电流呈尖顶波形,因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高,变压器工作点偏离线性越远,谐波电流也就越大,其中3次谐波治理设备电流可达额定电流0.5%。

3.是用电设备产生的谐波:晶闸管整流设备。由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用,给电网造成了大量的谐波。我们知道,晶闸管整流装置采用移相控制,从电网吸收的是缺角的正弦波,从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波,显然在留下部分中含有大量的谐波。如果整流装置为单相整流电路,在接感性负载时则含有奇次谐波电流,其中3次谐波的含量可达基波的 30%;接容性负载时则含有奇次谐波电压,其谐波含量随电容值的增大而增大。如果整流装置为三相全控桥6脉整流器,变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波治理电流;如果是12脉冲整流器,也还有11次及以上奇次谐波电流。经统计表明:由整流装置产生的谐波占所有谐波治理设备的近40%,这是大的谐波源。 [1] 

谐波来源

电力系统中的谐波来自电气设备,也就是说来自发电设备和用电设备。由于发电机的转子产生的磁场不可能是完善的正弦波,因此发电机发出的电压波形不可能是一点不失真的正弦波。目前我国应用的发电机有两大类:隐极机和凸极机。隐极机多用于汽轮发电机,凸极机多用于水轮发电机。

对于谐波分量而言,隐极机优于凸极机,但随着科技进步,可控硅、IGBT等电子励磁装置的投入,使发电机的谐波分量有所上升。当发电机的端电压高于额定电压的10%以上时,由于电机的磁饱和,会使电压的三次谐波明显增加。同样在变压器的电源侧电压超过额定电压10%以上时,也会使二次侧电压的三次谐波明显增加。由于电网电压偏移在±7%以下,所以发电、变电设备产生的谐波治理设备分量都比较小,比国家的考核标准低的多,因此发电、变电设备不是影响电网电压波形方面质量的主要矛盾。

为此,影响电网电压波形质量的主要矛盾是非线性用电设备,也就是说非线性用电设备是主要的谐波源,非线性用电设备主要有以下四大类:

· 电弧加热设备:如电弧炉、电焊机等。

· 交流整流的直流用电设备:如电力机车、电解、电镀等。

· 交流整流再逆变用电设备:如变频调速、变频空调等。

· 开关电源设备:如中频炉、彩色电视机、电脑、电子整流器等。

这些用电设备都是非线性用电设备,但它们产生的谐波各不相同,具体举例分析如下:

电弧加热设备是由于电弧在70伏以上才会起弧,才会有弧电流,并且灭弧电压略低于起弧电压,造成弧电流与弧电压的非线性。


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