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谐波失真是由电力系统中的非线性设备引起的。非线性器件是电流与施加的电压不成比例的器件。所有电力系统都存在一定程度的谐波失真。
从根本上说,只有当谐波成为问题时才需要用到谐波保护器(Harmonic Protector)。谐波失真不是电力系统的新现象。在交流电力系统的历史中,对失真的关注已经多次消退和流动。
谐波问题有三个常见原因:
1、谐波电流的来源太大了。
2、电流流动的路径太长(电气),导致高压失真或电话干扰。
3、系统的响应将一个或多个谐波放大到比可容忍的程度更大的程度。
出现问题时,控制谐波的基本选项是:
1、降低负载产生的谐波电流。
2、添加滤波器以虹吸系统的谐波电流,阻止电流进入系统,或在本地提供谐波电流。
3、通过滤波器,电感器或电容器修改系统的频率响应。
减少负载中的谐波电流
现有的负载设备通常很少能够显着减少它产生的谐波电流量,除非它被误操作。通过将施加的电压降低到正确的范围,可以使过励磁变压器恢复正常工作,电弧装置和大多数电子电源转换器被锁定在其设计特性中。
直接从线路为直流总线电容充电的PWM驱动器没有任何故意阻抗,这是一个例外。串联电抗器或变压器将大大减少谐波,并提供瞬态保护优势。
可以采用变压器连接来减少三相系统中的谐波电流。将工厂负载中的6脉冲功率转换器的一半相移30°可以通过显着降低五次和七次谐波来近似12脉冲负载的优势。Delta连接的变压器可以阻止来自线路的零序谐波(通常是三重谐波)的流动。锯齿形和接地变压器可以将三重线路分流。
通过惩罚具有高谐波含量的供应商的出价,采购规范可以在很大程度上防止谐波问题。这对于诸如高效照明的负载尤其重要。
过滤
分流滤波器的工作原理是将谐波电流短路,尽可能接近失真源。这可以使电流远离供电系统。由于经济原因,这是最常用的滤波类型,因为它还倾向于校正负载功率因数以及消除谐波电流。
另一种方法是应用阻止谐波电流的串联滤波器。这是一个并联调谐电路,可为谐波电流提供高阻抗。它不经常使用,因为它很难绝缘并且负载电压非常失真。一种常见的应用是接地Y形电容器的中性线,以阻止三次谐波的流动,同时仍保持基频的良好接地。
有源滤波器通过将电流的谐波分量电子地提供给非线性负载来工作。
修改系统频率响应
有许多方法可以修改不良系统对谐波的响应:
1、添加分流滤波器。这不仅会从系统中分流出麻烦的谐波电流,而且通常会更好地改变系统响应,但并非总是如此。
2、添加一个反应器来使系统失谐。系统电感和并联功率因数校正电容之间通常会发生有害共振。必须在电容器和供电系统源之间添加电抗器。一种方法是简单地将电抗器与电容器串联以移动系统谐振而不实际调谐电容器以产生滤波器。另一种是在线上添加电抗。
3、改变电容器尺寸。对于公用事业和工业客户而言,这通常是最便宜的选择之一。
将电容器移动到系统上具有不同短路阻抗或更高损耗的点。当新的银行造成电话干扰时,这也是公用事业的一种选择 - 将银行转移到支线的另一个分支可以很好地解决问题。对于工业用户来说,这通常不是一种选择,因为电容器的移动距离不足以产生差异。
4、取下电容器,只需接受更高的损耗,更低的电压和功率因数。如果技术上可行,这有时是最好的经济选择。