1、探讨电气没备谐波电流与阻抗估算摘要:本文介绍了电气没备发射的谐波电流大小以及与设备的哪些参数有关和如何估算大小，指明近代出现电压型谐波源的谐波量更大，比较分析单相负载中有不同的谐波源时，如何估算中性线电流 IN 的大小，简单介绍了谐波阻抗计算的难点所在。 关键词：电压型谐波源电流型谐波源 N 线电流谐波阻抗 中图分类号：F407.6 文献标识码：A 文章编号： 1、引言 谐波电流的估算有时是很困难的，因为影响谐波电流大小的因素很多，例如有功负荷的大小，变流器的类别和控制要求等等，而某些情况，甚至无法估算，例如电弧炉、弧焊机等，这就只有等待设备运行后的谐波测量。但从下面的分析中可以看出变流器发射
2、的谐波电流还是有一定的规律的。如果变电所的负荷中，变流设备占了一定的比重，估算出谐波骚扰量和系统阻抗，就可以考虑谐波治理的予案。又如民用建筑中，单相负荷电流若包含有零序谐波成分(3 次及 3 的倍数次谐波)，可能对中性及开关的第 4 级带来麻烦。总之，估算可能并不准确，但它是治理谐波的基础。 2、谐波源分类 2.1 工厂设备的低频骚扰概述 在讨论谐波源之前，先简述低频传导骚扰源见表 1。 2.2 谐波源分类 2.2.1 半导体变流器 半导体器件是可控的，例如晶闸管(SCR)，也可以是不可控，例如二级管，这些变流器又可分为三类，它们有各自单独的谐波发射规律。 2.2.2.交流控制器 移相调压，输
3、出仍是交流，正弦波被切出一部分，因而输出不是正弦波，有效值随移相角增大而变小，白炽灯调光器，取暖炉和电炊具控制器输出电流。典型设备如软启动器，白炽灯调光器，取暖炉和电炊具控制器等，有三相也有单相的，常用电功率器件为晶闸管反并联或双向晶闸管。 另外还有一种是通断调压，输出的每个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，例如剩下的周波数若为 40Hz，则输出电功率为 80%，可用于控制电阻炉加热的温度。输人线电流的谐波成分减少，但 50Hz 附近的间谐波量增加，本文对此不讨论。 3、变流器谐波发射量的计算 直流整流装置已有较长的应用历史，电冶金电化学用大功率整流装置屡见不鲜，
4、因此电流源谐波量的计算技术应该比较成熟。移相调压交流控制器电路及其原理相对较简单，谐波量的计算也较容易。但采用大电容在直流侧滤波的整流装置由于采用 PWM 技术的变频调速大量应用致使其用电容量的比重逐步增加，电压源谐波的计算才受到了重视，同时在商、住、办公楼的建筑中也有数量很多(虽然单台功率很小)的电压型谐波源，而且是单相交流 220V，它带来了不少新问题。 3.1 移相调压型交流控制器 3.1.1 单相 由表 2 可直接查得交流输人侧谐波电流相对值 表 2 中 Ihmax 一可能的谐波电流最大值，因为谐波电流的大小和移相角 有关，以 3 次谐波为例，在移相角 一 90“最大，达到0.318。
5、但此次的基波电流不是最大值而是 0.6 左右(表中未示出，可查文献2的曲线)。 R=负载的电阻 式中:R,X-负载的电阻、电抗; XL 一电源系统的电抗。 式中:UL 一线路输人电压，如 220V。 3 次谐波中第 2 行为 w / h,，其中 w-谐波电流最大时的移相角， h-该次谐波相角(在 a 为 aW 时)。 上表中的数据，和文献2的分析及曲线是相一致的。 3.1.2 三相 如果负载电压是 220V 且不平衡，那么，中性线上就会流过基波的三相不平衡电流和三相的 3 次的和 3 的倍数次谐波电流之和，而 ABC 各相的线电流和单相时是一样的规律。如果三相负载是平衡的，负载作三角形联接时，
6、输人线电流中没有 3 次及 3 的倍数次谐波电流，但可以在负载中流通。如果星形连接且不引出中性点，则输人线电流和负载电流都没有 3 及 3 的倍数次谐波。 3.2 电流型谐波源直流用大电感滤波) 如前所述，谐波电流计算已有一段历史，故简要介绍如下:(一般只涉及到三相电路)如果输出直流是平滑的，而且忽略整流时的换流现象，则谐波电流相对值为 Ih/Ii=1/h (3) 式中:Ih-谐波电流; I1-基波电流，决定于负载; h-谐波次数。 当整流脉动数为 6(例如三相全桥)，则谐波次数为 5, 7, 11、13 等奇数次谐波即 h=6n 士 1。脉动数为 12 时，则没有 5 次和 7 次谐波。 4
7、 如何估算 N 线电流(IN) N 线电流包括基波电流与谐波电流，用 N 线又分 N 母线与分支 N 线，谐波电流源又分三种类型，先从简单问题开始: 4.1 基波电流 这是三相负荷不平衡的结果，通常对母线而言不超过变压器额定电流的 10%，否则对 Yyn 绕组接线而言，将有相电压的严重不对称，对 Dyn接线变压，虽不受限制，但由于设计对负荷的均衡分配，估计也不易超过 10%。对 N 分支干线而言，很有可能超过相线电流的 10%,要具体工程具体分析，特别是工业中有较大功率的单相设备时;商、住、办公楼则要看支干 N 线哪一级的 N 线。 4.2 中线电流(I) 中线电流包括不平衡的基波电流，3 次
8、和 9 次谐波电流则是各相之代数和，对 5 次谐波分析如下:A、B、C 三相，对基波 A 一 B 相位差 120 度。对 5 次则差 600 度，相差 600 度即差 240 度;同理 A 一 C 相差 240 度同，对 5 次则差 1200 度，差 1200 度即差 120 度。再看 7 次，基波差 120 度，7 次则差 840 度即差 120 度，基波差 240 度，7 次即差 1680 度就是 240度。因此在下面的分析计算中，中性只增加了 3 次、9 次等 3 的倍数的谐波，如果以负载的总电流 I，为基数，则中性线电流 IN 如下: 当只有 A 相负载时: I A =I N=IL (
9、6 ) A、B 两相都有负载时: (IA、中已包含 I3、I5 等)三相都有负载时: 要注意，如果电流以基波作基数，显而易见，计算会不同。下面分别对三种类型的谐波源进行分析计算: .移相调压:如白炽灯(阻性负载)调光，谐波大小可查文献2的曲线 仅 A 相有负载，在移相角为 90 度时，基波电流 I1=0.6U/R(U/R=IR为 =0 时的满载电流基波),3 次 I3=0.32IR, I5=0.14IR，I7=O.1IR，I9=0. 08IR 总电流 IN=(0. 62+0.322+0.142+0.12+0. 082)1/2IR =0.71IR相线截面，也不是没有道理的。上述关于 N 线电流大小的分析，欢迎讨论与批评。 参考文献 1工厂电源系统频传导骚扰发射水平的评估. IE C6I 00-2-6.1995 2王兆安等.谐波抑制和无功功率补偿.北京:机械工业出版社 3潘晨湘、蒋麦占.通用变频器的输人电流及其谐波.变频器世界.2001 .1
