詳解三次諧波以及其危害和解決方案
從圖中可知,中線上的電流脈沖數(shù)是相線上的電流脈沖數(shù)的3倍,根據(jù)電流有效值的計(jì)算方法,中線上的電流會(huì)達(dá)到相線的1.7倍。如果整流電路的電流的脈寬大于60°,就會(huì)在中線上發(fā)生重疊現(xiàn)象,這時(shí)中線上的一部分電流發(fā)生抵消,實(shí)際的零線電流會(huì)小于相線電流的1.7倍。
前面我們從電流波形的角度解釋了單相整流電路必然導(dǎo)致零線電流過(guò)大的的現(xiàn)象。
讀者可能還會(huì)有疑惑,為什么零線上的諧波電流以三次為主呢。這是因?yàn)閮蓚€(gè)原因。第一,單相整流電路產(chǎn)生的諧波成分中,以三次為最大,三次諧波畸變率通常達(dá)到80%以上。
第二,其他次數(shù)的諧波電流在零線上會(huì)有抵消的效果,唯有三次不會(huì)。
單相整流電路產(chǎn)生3次諧波電流,由于三相電的每相基波電流之間相位相差120°,因此3次諧波電流的相位相差360°(3×120° =360°),對(duì)于交流電而言,相位相差360°意味它們是同相位的。
因此,3次諧波電流在零線上是算數(shù)疊加的。這就是三次諧波的特殊性。
讀者可能會(huì)想到,不僅三次諧波具有這樣的特性,只要是基波頻率3倍頻率的諧波都應(yīng)該具有這樣的特性。確實(shí)如此,這些頻率是基波頻率3倍的諧波稱為3倍頻諧波,他們?cè)谥芯€上都是算術(shù)疊加的。但是6、9次以及更高的3倍頻諧波很小,甚至沒(méi)有,因此不予考慮。
解決三次諧波的方法
前面討論了三次諧波的危害。讀者可能更關(guān)心如何解決這些問(wèn)題。雖然市場(chǎng)上有很多解決方法:陷波電路的無(wú)源濾波器、曲折變壓器、有源濾波器、零線諧波阻斷器等,但是,綜合各種方法的優(yōu)缺點(diǎn),航天綠電推薦有源濾波器和零線阻斷器兩種方法。這兩種方法行之有效,并且沒(méi)有明顯的負(fù)作用。
1. 有源濾波器(PSW):當(dāng)對(duì)電壓畸變率有較高的要求時(shí)使用。需要注意的是,有源濾波器僅對(duì)其安裝位置的上游有作用,對(duì)于下游沒(méi)有任何效果。因此要注意安裝的位置。不能安裝在變壓器的下端,這樣僅能夠降低變壓器的溫度,對(duì)于降低零線溫度沒(méi)有任何作用。有源濾波器的方案的缺點(diǎn)是成本很高。
2. 零線諧波電流阻斷器(NBF):如果對(duì)于電壓畸變率沒(méi)有嚴(yán)格的要求,僅是為了消除3次諧波電流的種種不良影響,使用零線諧波電流阻斷器是性價(jià)比最高的方法。只要在變壓器的次級(jí)安裝一臺(tái)NBF,就能夠保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)免受三次諧波電流的危害。但是NBF作用僅在于消除3次諧波電流的影響,對(duì)于改善整個(gè)系統(tǒng)的電能質(zhì)量效果很小。
用PSW解決3次諧波電流
用有源濾波器解決諧波的問(wèn)題是個(gè)理想的方案。但是需要注意的是,有源濾波器僅對(duì)上游的線路具有清除諧波的效果,而對(duì)于下游線路沒(méi)有任何效果。
因此,如果采用有源濾波器的方法,就要在分配電箱處安裝。如果僅在變壓器的下端安裝,就對(duì)變壓器具有保護(hù)作用,而對(duì)零線沒(méi)有任何效果。
如果分配電箱中有繼電保護(hù)裝置,則這些繼電保護(hù)裝置仍然可能出現(xiàn)誤動(dòng)作的現(xiàn)象。
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