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諧波
鎖定
對週期性交流量進行傅里葉級數分解,得到頻率為基波頻率大於1整數倍的分量。
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——引自DL/T1198—2013《電力系統電能質量技術管理規定》
- 中文名
- 諧波
- 外文名
- harmonic wave
- 相關人物
- 傅里葉、J.C.Read
- 屬 性
- 一個數學或物理學概念
- 所屬學科
- 通信科技
- 出現時間
- 20世紀20年代
諧波歷史
“諧波”一詞起源於物理電磁學。
電力系統的諧波問題早在20世紀20年代和30年代就引起了人們的注意。當時在德國,由於使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。1945年J.C.Read發表的有關變流器諧波的論文是早期有關諧波研究的經典論文。
諧波定義
諧波 (harmonic wave),從嚴格的意義來講,諧波是指電流中所含有的頻率為基波的整數倍的電量,一般是指對週期性的非正弦電量進行傅里葉級數分解,其餘大於基波頻率的電流產生的電量。從廣義上講,由於交流電網有效分量為工頻單一頻率,因此任何與工頻頻率不同的成分都可以稱之為諧波,這時“諧波”這個詞的意義已經變得與原意有些不符。正是因為廣義的諧波概念,才有了“分數諧波”、“間諧波”、“次諧波”等等説法。
諧波產生
(1)電源端產生的諧波
(2)輸配電過程產生的諧波
電力變壓器是輸配電過程中主要的諧波來源,由於變壓器的設計需要考慮經濟性,其鐵心的磁化曲線處於非線性的飽和狀態,使得工作時的磁化電流為角頂型的波形,因而產生奇次諧波。較高的變壓器鐵心飽和程度使得其工作點偏離了線性曲線,產生了較大的諧波電流,其奇次諧波電流的比例可以達到變壓器額定電流的0.5%以上。
(3)電力設備產生的諧波
2)變頻設備。電動機、電梯、水泵、風機等機電設備中常用的變頻設備,因為大部分是相位控制,其諧波成分比較複雜,除了整數次的諧波成分外,還含有一定分數次的諧波成分,變頻設備的功率一般較大,其廣泛應用對電網造成的諧波也越來越多。
4)家用電器設備。在空調器、冰箱、洗衣機、電風扇等含有繞組的用電設備中,由於不平衡電流的變化也能使電源波形發生改變。另外,計算機、電視機、温控炊具、調光燈具等,因其具有一定的調壓整流功能,也會產生高次的奇次諧波成分。這些家用電器設備也成為諧波的一個主要來源。
諧波相關概念
諧波電流是由設備或系統引入的非正弦特性電流。諧波電流疊加在主電源上
阻抗係數
阻抗係數是AF (載波)阻抗相對於50Hz (基波)阻抗的比率。
在配電系統裏的設備,與它們存在的電容( 電纜,補償電容器等) 和電感( 變壓器,電抗線圈等) 形成共振電路。後者能夠被系統諧波激勵而成為諧振。配電系統諧波的一個原因是變壓器鐵芯非線性磁化的特性。在這種情況下主要的諧波是3 次的;它在全部導體內與單相分量具有相同的長度,因而在星形點上不能消除。
並聯諧振頻率
網絡阻抗達到最大值的頻率。在並聯諧振電路中,電流分量I L 和I C 大於總電流I 。
串聯諧振頻率
網絡的阻抗水平達到最小的頻率。在串聯諧振電路內分路電壓U L 和U C 大於總電壓U 。
串聯諧振諧電路
由電感(電抗器)和電容(電容器)串聯的電路。
諧波分類
諧波是正弦波,每個諧波都具有不同的頻率,幅度與相角。
諧波頻率是基波頻率的整倍數,根據法國數學家傅立葉(M.Fourier)分析原理證明,任何重複的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數的諧波的正弦波分量。
根據諧波頻率的不同,可以分為:
1、奇次諧波
2、偶次諧波
額定頻率為基波頻率偶數倍的諧波,被稱為“偶次諧波”,如2、4、6、8次諧波。
一般地講,奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大。
變頻器主要產生5、7次諧波。
3、分數次諧波
頻率為基波非整數倍的分量稱為間諧波(interharmonics),有時候也將低於基波的間諧波稱為次諧波(sub-harmonics),次諧波可看成直流與工頻之間的間諧波。詳細請參考GB/T 24337--2009.
諧波危害
1)對旋轉的發電機、電動機而言,由於諧波電流或諧波電壓在定子繞組、轉子迴路及鐵心中產生附加損耗,從而降低發電、輸電及用電設備的效率。更為嚴重的是,諧波振盪容易使汽輪發電機產生振盪力矩,可能引起機械共振,造成汽輪機葉片扭曲及產生疲勞破壞。
2)諧波電壓在許多情況下能使正弦波變得更不平滑,不僅導致電機、變壓器、電容器等電氣設備的磁滯及渦流損耗增加,而且使絕緣材料承受的電應力增大。諧波電流能使變壓器的銅耗增加,所以電機、變壓器在嚴重的諧波負載下將產生局部過熱、温升增加,從而加速絕緣老化、縮短變壓器等電氣設備的使用壽命、浪費日趨寶貴的能源、降低供電可靠性。
3)由於電機、變壓器、電力電容器、電纜等負載處於經常的變動之中,極易與電網中含有的大量諧波源構成串聯或並聯的諧振條件,形成諧波振盪,產生過電壓或過電流,危及電機、變壓器等負載及電力系統的安全運行,引發輸配電事故的發生。
諧波抑制
1.抑制諧波的基本原則
2.方法