《电力系统谐波》ppt课件

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1、第二章 电力系统谐波,第一节 电力系统的波形畸变 第二节 大功率可控硅整流器产生的波 第三节 可控硅调速器产生的谐波 第四节 变压器的非正弦励磁电流 第五节 电力机车产生的谐波 第六节 电弧炉产生的谐波 第七节 市政生活用电中的谐波源,第一节 电力系统的波形畸变,一、周期性非正弦波的傅立叶级数,图2-1 含有3次谐波的电流波形及其波形分解,二、畸变率,1、各次谐波有效值的平方和的均方根值和其基波有效值的百分比称为正弦波形的畸变率。简称畸变率，又称为总谐波畸变率 。 2、电压波形畸变率：,三、电力系统中的谐波源种类,( 1 ) 同步发电机( 谐波电压源 ) ( 2 ) 变压器( 包括铁芯电抗器)

2、 ( 3 ) 大功率可控整流设备 ( 4 ) 其它非线性用电设备,第二节 大功率可控硅整流器产生的谐波,图 2-2 3相6脉动整流电路接线图,图2-3 三相六脉动整流中电压和电流的波形,一、交流电流中的特征谐波,（一）交流侧电流的波形分析 1、假设： ( 1 ) 电源为理想的三相平衡系统，并以A相电压为基准，即 ( 2 ) 整流器为理想元件，其正向电阻为零，反向电阻为无穷大； ( 3 ) 交流电路的电感为零，即换相重叠角， ( 4 ) 控制角 ，即相当于不可控整流。,2、A相电压和A相电流,图2-4 A相电压和简化后A相电流的波形,3、对A相电流进行傅立叶级数分解,1 ) 交流侧电流中只含(

3、6k1 )次谐波； 2) 谐波对基波的比值与谐波的次数成反比； 3) ( 6k-1)次谐波构成负序系统；而( 6k+1)次谐波则构成正序系统； 4 ) 不存在电流的零序分量。,4、分析上式得出以下结论：,（二）换流变压器的接线方式对交流电流波形的影响,当变压器采用Y，y或D，d接线方式时,一次侧和二次侧的电流相同; 当变压器绕组为Y，d或D，y接线方式时，一次侧和二次侧的线电流波形将出现差别。,图2-5 整流设备经变压器供电示意图,图2-6 Y，d11变压器接线图,图2-7 Y,d11接线方式下整流器侧电流波形图,双桥整流电路实现十二脉动整流,图2-8 十二脉动整流电路接线图,交流电网供给的电

4、流,计及Y，d变压器绕组间的匝数比关系后,交流电网供给的总电流,以相电压为基准时,小结：,1、总电流中已不含( 6k1 ) 次谐波。这些谐波只在两台变压器间流通而不注入电网 。 2、交流电网中只有( 12k1 )次谐波分量 。 3、利用两台相角差为30的变压器并联供电可构成12脉动整流回路 。 4、利用 p/6个相差为2/p 的变压器可实现 p 脉动整流。特征谐波为( pk1 )。其幅值与谐波次数成反比。,（三）谐波分量与控制角、换相重叠角的关系,二、直流电压中的特征谐波,（一）不计及控制角和换相重叠角 在这种情况下，输出电压为脉动电压。每个周期内的波形为正弦波的一部分。幅值为线电压。重复周期

5、为/3，即在交流电压的一个周期内有6次脉动，所以高次谐波的次数为6的倍数。,整流电压的傅立叶级数为：,式中 Upm 相电压幅值,Uco 空载平均整流电压,任一次谐波的有效值为,4、各次谐波的有效值,当 =/2 时，如果 =0 ，,交流电流特征谐波和直流电压特征谐波比较,交流电流 直流电压 谐波次数 n=pk1 （奇次） n=pk（偶次） 谐波含量 In / I1 1/n Un / Uc0 1/n2 触发角 , In / I1 , Un / Uc0 换相重叠角 , In / I1 , Un / Uc0 不定,三、非特征谐波 （一）非特征谐波的含义： 频率不等于特征谐波频率的谐波 （二）非特征谐波

6、产生的原因： 1、 三相电压不平衡，电压波形畸变或三相阻抗不相等。尤其是换流变压器的阻抗不等； 2、 在直流输电系统中，某个换流逆变联络线中的直流电流被其它换流站所调制； 3、 点火控制出现误差，使点火相位存在分散性。,（三）非特征谐波的特点：,1、非特征谐波的幅值较低，但不经滤波，故含量与特征谐波相当; 2、 有分散性时，非特征谐波有奇次，也有偶次; 3、负载情况下，由 角不等造成的直流电压波形畸变比空载时小,第三节 可控硅调速器产生的谐波,一、可控硅调速器 1、组成：由电动机和可控硅桥式整流器构成可控硅调速系统 2、调速原理：通过调节可控硅控制角调节电压，达到改变电动机转速的目的 3、应用

7、：这种调速电动机属于无极调速，广泛应用于各种工业部门中的机床传动,图2-16 整流器的输入和输出电流波形 (a) 电枢电流；(b) 可控硅电流，(c) 交流侧电流,二、谐波产生的原因,1、脉动系数： 由图可见，电枢电流为一个脉动电流，故引入脉动系数 r ，脉动分量为Ir ，电流平均值为Id,2、电流波形的数学表达式,3、波形的傅立叶分解 基波幅值： 特征谐波的幅值 ：,三、谐波特点：,1、谐波电流与输出电流脉动系数有关. 2、 5次谐波的幅值最高，而且随着r的增加单调增加 . 3、其它谐波则只在一定的范围内变化.,图2-17 具有电感负载的6脉动整流 In与r 的关系,第四节 变压器的非正弦励

8、磁电流,一、空载变压器的励磁电流 1、畸变原因： 若外施电压为： 则磁通 由于 为非线性曲线,故励磁电流 为尖顶波,图2-18 铁芯的磁化曲线和励磁电流 (a) 铁芯磁化曲线；(b) 励磁电流,2、谐波特点,（1） 励磁电流中只含奇次谐波 （2） 对于三角接线的三相变压器，3k 次谐波在三角形绕组内流动，只有6kl次谐波注入电力系统 （3） 空载时或额定负载下的变压器，如果突然甩负荷，铁芯将严重饱和，波形畸变更加严重,二、励磁涌流,1、定义：变压器空载合闸时,由于合闸时刻选择不当，磁通超过额定值使变压器出现深度饱和现象，从而产生很大的励磁电流，称该励磁电流为励磁涌流。 2、励磁涌流的产生机理

9、变压器从电网中断开，在铁芯中会保留剩磁。,当变压器重新投入运行时，最大磁通密度的大小由合闸相位角决定 。 最严重的情况下可达： 该磁通使变压器出现深度饱和现象，从而产生很大的励磁涌流,3、励磁涌流的特点,（1） 励磁涌流的幅值很大，可达数十倍甚至上百倍的额定电流。 （2）波形随时间呈高频衰减振荡，衰减速度取决于绕组的电阻。 （3）励磁涌流中含有所有次数的谐波，低次谐波含量高。,图2-21 2250/10调压器 图2-22 励磁涌流中谐波电流 励磁涌流波形图 与时间的关系,第五节 电力机车产生的谐波,一、电力机车的工作原理,二、电力机车产生的谐波电流,1、整流电压： 如果把D1开始导通的瞬间作为

10、时间参考点，则整流电压为：,2、机车电流分析,在电压为正半周时D1导通,导通后电机绕组中流过3个电流分量 ( 1 ) 交流电源产生的交流分量,( 2 ) 电动机反电势引起的直流分量 ( 3 ) 换流过程中产生的自由分量,常数A必须满足电流连续性条件： 将上式代入计算得到：,故流过D1的电流为： 负半波时整流器D2导通，整流回路的电流为：,机车电流为 ：,图 2-25 机车电流波 (a) 整流回路电流； (b) 整流变压器原方电流,3、机车电流的傅立叶分解,机车电流的基波及各次谐波为：,式中 n=1，3，5，,各次谐波电流的有效值： 谐波含量：,三、电力机车产生谐波电流的特点,1、机车电流的波形

11、中只包含奇次谐波。 2、谐波成分和大小随机车载重和行车速度的变化而变化。 3、当考虑到换相重叠角时，波形更接近于正弦波，高次谐波幅值减小。,第六节 电弧炉产生的谐波,一、电弧炉产生谐波的原因 1、电弧本身伏安特性的严重 非线性 2、延迟点火,图2-26 熔炼和精炼时电流的频谱分布 ( a ) 熔炼的情况； ( b ) 精炼的情况,表2-1 电弧炉产生的平均谐波水平,二、电弧炉产生谐波的特点 1、电弧燃烧的不稳定性使电流波形十分复杂，其中包含着相当多的谐波成分。 2、电流谐波的频率出现不规则的变化，频率的变化范围大约在0.130Hz之间。 3、精炼时的谐波分量远低于熔炼时的谐波分量。,第七节 市

12、政生活用电中的谐波源,一、谐波源种类： 1、带有整流电源的电器，如电视机、收录机、充电器等； 2、日光灯； 3、可控硅调压装置，如节能调光灯等.,二、电视机的波形畸变,图2-27 电视机全波整流原理接线及电压、电流波形图,家用电器中对电网谐波影响最大的是电视机群。 现代电视机采用全波整流，并利用晶闸管在电源电压峰值时触发，所以电视机的电流都是脉冲形，见图2-27。 接于同一电源的电视机群的电流脉冲基本上同时发生，其主要谐波电流几乎是同相位的叠加。 由于城网中电视机数量极大，且谐波电流畸变率也极大，又在晚间收视率高峰时刻集中使用，所以谐波影响很大。 表2-2列出了各种型号彩色电视机谐波电流值。,