諧波電流與諧波阻抗的估算1

1  引言

    諧波電流的估算有時是很困難的，因為影響諧波電流大小的因素很多，例如有功負荷的大小，變流器的類別和控制要求等等，而某些情況，甚至無法估算，例如電弧爐、弧焊機等，這就只有等待設備運行后的諧波測量。但從下面的分析中可以看出變流器發(fā)射的諧波電流還是有一定的規(guī)律的。如果變電所的負荷中，變流設備占了一定的比重，估算出諧波騷擾量和系統(tǒng)阻抗，就可以考慮諧波治理的予案；又如民用建筑中，單相負荷電流若包含有零序諧波成分(3次及3的倍數(shù)次諧波)，可能對中性及開關的第4級帶來麻煩。總之，估算可能并不準確，但它是治理諧波的基礎。

    *近，施耐德公司為了確定諧波電流的大小可提供專用的選型軟件，但要選型者提出設備參數(shù)。因此知道估算諧波電流就一定知道所提供的設備參數(shù)的用意，即設備參數(shù)和諧波電流大小的關系。

2  諧波源分類[1]

2.1 工廠設備的低頻騷擾概述

    在討論諧波源之前，先簡述低頻傳導騷擾源見表1。

                表1  低頻傳導騷擾源一覽表

2.2 諧波源分類

(1) 半導體變流器

表2   單相移相調(diào)壓交流控制器諧波電流I_hmax/I_1max

    半導體器件是可控的，例如晶閘管(SCR),也可以是不可控，例如二級管，這些變流器又可分為三類，它們有各自單獨的諧波發(fā)射規(guī)律。

● 交流控制器  

    移相調(diào)壓，輸出仍是交流，正弦波被切出一部分，因而輸出不是正弦波，有效值隨移相角增大而變小，白熾燈調(diào)光器，取暖爐和電炊具控制器輸出電流。典型設備如軟A啟動器，白熾燈調(diào)光器，取曖爐和電炊具控制器等，有三相也有單相的，常用電功率器件為晶閘管反并聯(lián)或雙向晶閘管。

    另外還有一種是通斷調(diào)壓，輸出的每個交流正弦波是完整的，但不足50Hz，按比例被切去了一部分周波，例如剩下的周波數(shù)若為40Hz，則輸出電功率為80%，可用于控制電阻爐加熱的溫度。輸入線電流的諧波成分減少，但50Hz附近的間諧波量增加，本文對此不討論。

● 直流輸出用電感濾波的整流橋，從交流側發(fā)射出的諧波具有電流源的性質，也可稱為電流型諧波源。整流橋可以是不可控的二級管，也可為晶閘管，*常見的設備為電冶金電化學直流電源、直流調(diào)速裝置等。

● 直流輸出用大電容濾波的整流橋，則交流側諧波具有電壓源的性質，也可稱為電壓型諧波源，*常見的設備為PWM變頻器(逆變器的輸入整流橋為大電容濾波)，UPS以及大量的要用上直流日用電器，它們大都是用交流電源經(jīng)整流(大電容濾波)，再經(jīng)PWM變成各種不同直流電壓且可以穩(wěn)壓的直流電源。

(2) 電阻決定于電流的非線性阻抗

    典型設備為交流電弧爐，交流弧焊機，熒光燈(直接接入交流電源的)，氣體放電燈。

(3) 飽和電抗的投入

    可產(chǎn)生瞬態(tài)諧波，例如電動機，變壓器的投入，有電容時也可產(chǎn)生瞬態(tài)諧波。