電源測(cè)試技術(shù)之諧波產(chǎn)生量探討及數(shù)據(jù)

1、諧波產(chǎn)生量探討及數(shù)據(jù)諧波產(chǎn)生量探討及數(shù)據(jù)電力系統(tǒng)中除基本波頻率(50Hz)外任一周期性之訊號(hào)皆稱為諧波諧波定義諧波諧波 (HARMONIC)(HARMONIC)諧波種類整整 數(shù)數(shù) 諧諧 波波 : 2nd: 2nd、3rd 3rd 、 4th 4th 、 5th 5th 奇奇 次次 諧諧 波波 : 3rd : 3rd 、 5th 5th 、 7th 7th 、 11th 11th 偶偶 次次 諧諧 波波 : 2nd : 2nd 、 4th 4th 、 6th 6th 、 8th 8th 非整數(shù)諧波非整數(shù)諧波: 2.3th : 2.3th 、 5.6th5.6thABC正相序諧波正相序諧波(3n+

2、1)(3n+1)4 4、7 7、1010、13 13 ABC負(fù)相序諧波負(fù)相序諧波(3n -1)(3n -1)2 2、5 5、8 8、1111ABC零相序諧波零相序諧波(3n)(3n)3 3、6 6、9 9、12 12 總諧波電壓、電流畸變率總諧波電壓畸變率總諧波電流畸變率%100.(%)12212322VVVVVVnnTHD%100.(%)12212322IIIIIInnTHD諧波產(chǎn)生源線性負(fù)荷線性負(fù)荷：非線性負(fù)荷非線性負(fù)荷：VIVI電阻性電阻性元元件件頻率相依頻率相依元元件件鐵磁性設(shè)備鐵磁性設(shè)備電弧性設(shè)備電弧性設(shè)備電子式電力轉(zhuǎn)換器電子式電力轉(zhuǎn)換器不產(chǎn)生諧波不產(chǎn)生諧波諧波產(chǎn)生源諧波產(chǎn)生源鐵磁性

3、設(shè)備鐵磁性設(shè)備 發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器等發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器等電弧性設(shè)備電弧性設(shè)備 電弧爐、點(diǎn)焊機(jī)等電弧爐、點(diǎn)焊機(jī)等電子式電力轉(zhuǎn)換器電子式電力轉(zhuǎn)換器 整流器、變頻器、整流器、變頻器、 UPSUPS等等諧波產(chǎn)生源諧波產(chǎn)生源 ( (鐵磁性鐵磁性設(shè)備設(shè)備) )變壓器變壓器I3= 50%I5= 20%激磁電流諧波含量激磁電流諧波含量激磁電流激磁電流變壓器額定電流變壓器額定電流=1.03.0%激磁阻抗激磁阻抗 (Magnetizing impedance)(Magnetizing impedance)XpXsXm輕載輕載電壓升高電壓升高諧振諧振有以下三種情形有以下三種情形 激磁電流諧波含量將升高激磁電

4、流諧波含量將升高諧波產(chǎn)生源 ( (鐵磁性鐵磁性設(shè)備設(shè)備) )諧波產(chǎn)生源 ( (電弧電弧性性設(shè)備設(shè)備) )諧波產(chǎn)生源 ( (電弧電弧性性設(shè)備設(shè)備) )交流交流電弧爐電弧爐移動(dòng)桿人造石墨電極棒水冷式電纜爐變壓器電極操作機(jī)構(gòu)熔鐵液諧波產(chǎn)生源 ( (電弧電弧性性設(shè)備設(shè)備) )直流直流電弧爐電弧爐移動(dòng)桿人造石墨電極棒水冷式電纜整流器電極操作機(jī)構(gòu)熔鐵液諧波產(chǎn)生源 ( (電弧電弧性性設(shè)備設(shè)備) )實(shí)功率消耗實(shí)功率消耗電極棒消耗電極棒消耗耐火磚消耗耐火磚消耗電壓閃爍電壓閃爍溫升效率溫升效率諧波產(chǎn)生源 ( (電弧電弧性性設(shè)備設(shè)備) )主要諧波電流主要諧波電流I2 I3 I4 I5 I7精煉期精煉期熔解期熔解期7

5、.7% 5.8% 2.5% 4.2% 3.1%2.0%2.1% (IEEE Std 519-1992)諧波產(chǎn)生源 ( (電弧電弧性性設(shè)備設(shè)備) )點(diǎn)焊機(jī)點(diǎn)焊機(jī)點(diǎn)焊機(jī)點(diǎn)焊機(jī)諧波產(chǎn)生源 ( (電弧電弧性性設(shè)備設(shè)備) )諧波產(chǎn)生源 ( (電弧電弧性性設(shè)備設(shè)備) )電弧性設(shè)備負(fù)載有何特性電弧性設(shè)備負(fù)載有何特性?無(wú)功無(wú)功補(bǔ)償補(bǔ)償 ( (快速變化快速變化) )電壓閃變電壓閃變諧波諧波三相不平衡三相不平衡快速變化負(fù)載快速變化負(fù)載諧波產(chǎn)生源 ( (電子式電力轉(zhuǎn)換器電子式電力轉(zhuǎn)換器) )直流電機(jī)、電鍍、電解、充電機(jī)直流電機(jī)、電鍍、電解、充電機(jī) 整流器整流器 (Converter)(Converter)交交- -

6、直直 整流整流裝置裝置諧波產(chǎn)生源 ( (電子式電力轉(zhuǎn)換器電子式電力轉(zhuǎn)換器) )變頻器變頻器 (Inverter)(Inverter)交交- -直直- -交交 變頻裝置變頻裝置電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速( (可節(jié)電可節(jié)電20%50%)20%50%)中頻爐、高頻爐中頻爐、高頻爐 ( (較工頻爐體積減小較工頻爐體積減小1/22/3)1/22/3)諧波產(chǎn)生源 ( (電子式電力轉(zhuǎn)換器電子式電力轉(zhuǎn)換器) )變頻器變頻器 (Inverter)(Inverter)造紙機(jī)械、紡織機(jī)械、印刷設(shè)備、中造紙機(jī)械、紡織機(jī)械、印刷設(shè)備、中( (高高) )頻爐頻爐中頻中頻感應(yīng)爐感應(yīng)爐諧波產(chǎn)生源 ( (電子式電力轉(zhuǎn)換器電子

7、式電力轉(zhuǎn)換器) )諧波產(chǎn)生源 ( (電子式電力轉(zhuǎn)換器電子式電力轉(zhuǎn)換器) )循環(huán)換流器循環(huán)換流器 (Cycloconverter)(Cycloconverter)改變輸入電源的頻率，使輸出頻率與輸入頻率不同改變輸入電源的頻率，使輸出頻率與輸入頻率不同06) 1(nffpmfsL02) 1(nffpmfsL諧波成份諧波成份: :諧波設(shè)備諧波設(shè)備: :鋼鐵廠軋鋼設(shè)備鋼鐵廠軋鋼設(shè)備非整數(shù)諧波非整數(shù)諧波交交- -交交 變頻裝置變頻裝置諧波產(chǎn)生源 ( (電子式電力轉(zhuǎn)換器電子式電力轉(zhuǎn)換器) )切換式電源供應(yīng)器切換式電源供應(yīng)器 (Supply)(Supply)小型家電設(shè)備小型家電設(shè)備具有效率高、重量輕、價(jià)格低

8、廉的優(yōu)點(diǎn)具有效率高、重量輕、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)ABCN連接于相線與中性線間的單相非線性負(fù)載計(jì)算機(jī)電視機(jī)1-PhaseNon-linearLOAD1-PhaseNon-linearLOAD1-PhaseNon-linearLOAD影碟機(jī)不斷電設(shè)備 照明裝置諧波產(chǎn)生源 ( (電子式電力轉(zhuǎn)換器電子式電力轉(zhuǎn)換器) )單相非線性負(fù)載設(shè)備產(chǎn)生的諧波階次諧波產(chǎn)生源 ( (電子式電力轉(zhuǎn)換器電子式電力轉(zhuǎn)換器) )第三諧波電流電流畸變率調(diào)光燈半亮50%60%(I1)60%70%全亮4%6%(I1)8%12%電視機(jī)75%85%(I1)100%110%手提式計(jì)算器80%90%(I1)115%125%桌上型計(jì)算器80%85

9、%(I1)100%110%彩色熒光幕60%70%(I1)70%75%液晶熒光幕80%90%(I1)95%100%不斷電設(shè)備30%40%(I1)45%50%影碟機(jī)85%95%(I1)130%140%微波爐25%30%(I1)30%35%除濕機(jī)15%20%(I!)20%25%諧波產(chǎn)生源 ( (電子式電力轉(zhuǎn)換器電子式電力轉(zhuǎn)換器) )三相變壓器單相變壓器-Y 、 Y-、 -如何消除第三諧波e)( 3sin30)34( 3sin)34sin()32( 3sin)32sin()( 3sin)sin(331331133113311wtEEwtEwtEwtEwtEwtEwtEe第三諧波皆為同相位當(dāng)接成接線則被

10、短路而成循環(huán)電流不會(huì)顯現(xiàn)到外部諧波電流含有率脈沖數(shù)脈沖數(shù)(P)(P)導(dǎo)通的延遲角導(dǎo)通的延遲角()()及換相及換相的重迭角的重迭角( () )控制型式控制型式 : : 非相控、全控、半控非相控、全控、半控影響諧波電流含有率的影響諧波電流含有率的主要主要因因素素: :諧波電流含有率 (脈沖數(shù)脈沖數(shù)) )諧波的階次取決于整流裝置脈沖數(shù)諧波的階次取決于整流裝置脈沖數(shù)六脈沖整流六脈沖整流十二脈沖整流十二脈沖整流Y6-pulse6-pulse12-pulse(理想狀況)6-pulse6-pulseY3600/12=300I11、I13、I23、I25諧波電流含有率 (脈沖數(shù)脈沖數(shù)) )諧波電流含有率 (脈

11、沖數(shù)脈沖數(shù)) )YYY6-pulse6-pulse6-pulse00+200-2003600/18=200I17、I19、I35、I3718-pulse (理想狀況)YYY6-pulse6-pulse6-pulse+200-200Harmonic ?故障或維修諧波電流含有率 (脈沖數(shù)脈沖數(shù)) )I5、I7、I11、 I13I17、I19、I35、I37YYY6-pulse6-pulse6-pulse00+200-200I17=5.9%、I19=5.3%I35=2.9%、I37=2.7%Y6-pulse故障或維修I5=10% 、I7=7%I11=4.5% 、I13=3.9%諧波電流含有率 (脈沖

12、數(shù)脈沖數(shù)) )諧波電流含有率 (非相控非相控) )二極管二極管二級(jí)管組在交流側(cè)二級(jí)管組在交流側(cè)各相電壓波形的各相電壓波形的交叉點(diǎn)開始換相交叉點(diǎn)開始換相采自然換相方式采自然換相方式: :諧波電流含有率 ( (全控全控) )控制整流管導(dǎo)通的控制整流管導(dǎo)通的延遲角及關(guān)斷時(shí)間延遲角及關(guān)斷時(shí)間晶閘管晶閘管控制整流管導(dǎo)通的控制整流管導(dǎo)通的延遲角延遲角可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管(GTO)(GTO)整流設(shè)備整流設(shè)備- - 非相控型和全控型非相控型和全控型電流波形電壓波形諧波電流含有率五次諧波諧波電流含有率整流設(shè)備整流設(shè)備- - 非相控型和全控型非相控型和全控型諧波電流含有率 ( (半控半控) )含有偶次諧波電流

13、成分含有偶次諧波電流成分晶閘管晶閘管二極管二極管可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管電流波形電壓波形黑化爐黑化爐諧波電流含有率 ( (半控半控) )二次諧波黑化爐黑化爐諧波電流含有率 ( (半控半控) )諧波電流含有率2 24 45 57 78 810101111131317171919232325256-Pulse 6-Pulse 非非相控相控17.17.5 511.0 11.0 4.54.53.0 3.0 1.51.51.21.25 50.70.75 50.70.75 56-Pulse 6-Pulse 半半 控控353522222020141410103.0 3.0 7.0 7.0 5.0 5.0 5

14、.85.85.45.46-Pulse 6-Pulse 全全 控控 202014.314.3 8.78.77.67.64.94.94.34.3諧波電流含有率 ( (、 ) )203040506070AC HARMONIC CURRENT AS PERCENT OF Idc 10020406080100120160140180200Overlap angle u (degrees)80AC HARMONIC CURRENT AS PERCENT OF Idc 020406080100120160140180200101520253035405Overlap angle u (degrees)諧波電

15、流含有率 ( (、 ) )諧波電流含有率 ( (、 ) )AC HARMONIC CURRENT AS PERCENT OF Idc 020406080100120160140180200468101214162Overlap angle u (degrees)諧波電流含有率 ( (、 ) )AC HARMONIC CURRENT AS PERCENT OF Idc 02040608010012016014018020023456781Overlap angle u (degrees)nIIn11 11 111111 11 17 71 11 15 5%9 97%14147 7%20205 5I

16、 II II II II II II II II I= = = = = = =1111諧波電流含有率 ( (理論值理論值) )L1L2L3AC-motor6-pulse diode rectifierInverterVoltage source inverterMwithout AC side reactors850A-850A 0AI60Hz = 517AI300Hz = 53.6%I300Hz = 277A850A-850A 0A850A-850A 0A850A-850A 0AI420Hz = 28.8%I420Hz = 149AI60Hz = 350AI300Hz = 64.2%I300

17、Hz = 224AI420Hz = 39.4%I420Hz = 138AI60Hz = 179AI300Hz = 72.9%I300Hz = 130AI420Hz = 51.9%I420Hz = 93AI60Hz = 264AI300Hz = 68.1%I300Hz = 180AI420Hz = 44.8%I420Hz = 118AL1L2L3AC-motor6-pulse diode rectifierInverterVoltage source inverterM4%with 4% AC side reactors600A400A200A-200A-400A-600A 0A600A400A200A-200A-400A-600A 0A600A400A200A-200A-400A-600A 0A600A400A200A-200A-400A-600A 0AI60Hz = 500AI60Hz = 340AI60Hz = 170AI60Hz = 260AI300Hz = 51.1%I300Hz = 87AI300Hz = 42.2%I300