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1、整流电路的谐波和功率因数 三、三、 R R 、 L L 负载时交流侧谐波和功率因数分析负载时交流侧谐波和功率因数分析 二、谐波与功率因数分析的基础二、谐波与功率因数分析的基础 四、整流输出电压和电流的谐波分析四、整流输出电压和电流的谐波分析 五、抑制谐波与改善功率因数五、抑制谐波与改善功率因数 一、谐波与功率因数的危害一、谐波与功率因数的危害 许多电力电子装置要消耗无功功率，会对 公用电网带来不利影响。 无功功率会导致电流增大和视在功率增加，导 致设备容量增加。 无功功率增加，会使总电流增加，从而使设备 和线路的损耗增加 使线路电压降增大，冲击性无功负载还会使电 压剧烈波动 一、谐波与功率因数
2、的危害 电力电子装置还会产生谐波，对公用电 网产生危害。 谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗， 降低发电、输电及用电设备的效率，大量的 3次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生 火灾 谐波影响各种电气设备的正常工作 谐波会引起电网局部的并联谐振和串联谐振 谐波会导致继电保护和自动装置的误动作 谐波会对邻近的通信系统产生干扰。 A.电网电压正弦波相电压波形畸变率极限 用户供电电 压 (KV) 0.38 6或1035或63 11 0 电压畸变极 限() 1.5 许多国家都发布了限制电网谐波的国家标 准，或由权威机构制定限制谐波的规定。 国家标准（GB/T14549-93）电能质量公 用电网谐波从1
3、994年3月1日起开始实施 。 B.用户单台变流设备接入电网的允许容量 用户供电电 压 (kV) 设备型式 允 许 接 入 容 量(KVA) 3脉波 6脉波 12脉波 0.38 不控 半控 全控 230 63.9 90 310 150 6或10 不控 半控 全控 400 1200 480 600 3000 1500 35或63 不控 半控 全控 660 1700 740 850 3900 1900 110及以上 不控 半控 全控 1000 4400 2300 3700 11000 9700 二、谐波和无功功率分析基础 1. 谐波 满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数 基波（fundamenta
4、l）在傅里叶级数中，频率与工频相 同的分量 谐 波频率较基波频率大于1整数倍的分量 谐波次数谐波频率和基波频率的整数比 n次谐波电流含有率以HRIn（Harmonic Ratio for In）表示 电流谐波总畸变率THDi（Total Harmonic distortion）定义为 2. 功率因数 （1） 正弦电路中的情况 电路的有功功率就是其平均功率： 视在功率为电压、电流有效值的乘积，即S=UI 无功功率定义为： Q=U I sinj 功率因数l 定义为有功功率P和视在功率S的比值： 此时无功功率Q与有功功率P、视在功率S之间有如下关系： 功率因数是由电压和电流的相位差j 决定的：l =
5、cos j 二、谐波和无功功率分析基础 （2） 非正弦电路中的情况 有功功率、视在功率、功率因数的定义均和正弦电路 相同，功率因数仍由式 定义。 公用电网中，通常电压的波形畸变很小，而电流波形 的畸变可能很大。因此，不考虑电压畸变，研究电压 波形为正弦波、电流波形为非正弦波的情况有很大的 实际意义。 二、谐波和无功功率分析基础 （3） 非正弦电路的有功功率 设正弦波电压有效值为U，畸变电流有效值为I，基波电 流有效值及与电压的相位差分别为I1和j 1。 这时有功功率为：P=U I1 cosj1 功率因数为： 基波因数n =I1 / I，即基波电流有效值和总电流有效值之比 位移因数（基波功率因数
6、）cosj 1 可见： 功率因数由基波电流相移和电流波形畸 变这两个因素共同决定的。 二、谐波和无功功率分析基础 * （4） 非正弦电路的无功功率 定义很多，但尚无被广泛接受的科学而权威的定义 一种简单的定义是仿照式给出的： 这样定义的无功功率Q反映了能量的流动和交 换，目前被较广泛的接受，但该定义对无功功 率的描述很粗糙。 二、谐波和无功功率分析基础 无功功率采用符号Qf， 忽略电压中的谐波时有：Q f =U I 1 sinj 1 在非正弦情况下， ，因此引入畸变功率D，使得： 比较式，可得： 忽略电压谐波时 这种情况下： Q f为由基波电流所产生的无功功率，D是谐波电 流产生的无功功率。
7、二、谐波和无功功率分析基础 三、R、L负载时交流侧谐波和功率因数分析 1. 单相桥式全控整流电路 1）忽略换相过程和电流脉动，带阻感负载，直流电感L为 足够大（电流i2的波形） 2）变压器二次侧电流谐波分析： n=1,3,5, 电流中仅含奇次谐波 各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值 的比值为谐波次数的倒数 3） 功率因数计算 基波电流有效值为 i2的有效值I= Id可得基波因数为 电流基波与电压的相位差就等于控制角 ，故位移因数为 所以，功率因数为 三、三、 R R 、 L L 负载时交流侧谐波和功率因数分析负载时交流侧谐波和功率因数分析 2. 三相桥式全控整 流电路 1）阻感负载
8、，忽略换相 过程和电流脉动，直 流电感L为足够大 2）以 =30为例，交流 侧电压和电流波形如 图中的ua和ia波形所示 。此时，电流为正负 半周各120的方波， 其有效值与直流电流 的关系为 三相桥式全控整流电路 带阻感负载a=30时的波形 二、R、L负载时交流侧谐波和功率因数分析 3）变压器二次侧电流谐波分析： 电流基波和各次谐波有效值分别为 电流中仅含6k1（k为正整数）次谐波 各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值 为谐波次数的倒数 三、R、L负载时交流侧谐波和功率因数分析 3）功率因数计算 基波因数为 电流基波与电压的相位差仍为 ，故位移因数仍为 功率因数为 三、R、L
9、负载时交流侧谐波和功率因数分析 四、整流输出电压和电流的谐波分析 1. 整流电路的输出电压中主要成分为直流，同时包含各 种频率的谐波，这些谐波对于负载的工作是不利的。 =0时，m脉波整流电路的整流电压波形 =0时：m脉波整流电路的整流电压 和整流电流的谐波分析 整流输出电压谐波分析： 将纵坐标选在整流电压的峰值处，则在-p/mp/m区间，整 流电压的表达式为： 对该整流输出电压进行傅里叶级数分解，得出： 式中，k=1，2，3；且： 四、整流输出电压和电流的谐波分析四、整流输出电压和电流的谐波分析 为了描述整流电压ud0中所含谐波的总体情况，定义电压纹波 因数为ud0中谐波分量有效值UR与整流电压平均值Ud0之比： 其中： 而： 四、整流输出电压和电流的谐波分析 电压纹波因数式 不同脉波数m时的电压纹波因数值表 m23612 gu（% ） 48.218.274.180.9940 四、整流输出电压和电流的谐波分析 2） 整流输出电流谐波分析： 负载电流的傅里叶级数可由整流电压的傅里叶级数求得： 当负载为R、L和反电动势E串联时，上式中： n次谐波电流的幅值dn为：
