KurKoulu/17.3.00/ALe并联及串联谐振放大机率???我們知道諧波負荷所產生的諧波階次之後,接著就可以計算出該諧波負荷的諧波含量的理論值.我們可以根據這個公式In=I1/n計算出諧波電流In是我們要計算出的諧波電流值I1是負荷的基波電流n是諧波的次數因此3次諧波就三分之一的基波電流含量,也就是33%的基波含量5次諧波就五分之一的基波電流含量,也就是20%的基波含量以此類推..我們也可以由此發覺越高階次的諧波,其諧波含量是越低的諧波的方向是如何呢???根據其特性,諧波是往低阻抗地方流的特性,通常諧波負荷產生的諧波電流流向是往電網方向,因為電網的短路容量較大,所以其阻抗就較小.諧波與電容器有非常直接的關係.將會發生:電容器過電流電容器與系統產生並聯諧振電容器與系統產生串聯諧振進而造成電容器的故障增大諧波對電網的影響諧波是如何造成電容器的過電流呢???我們來分析如投影片的系統架構,諧波負荷所產生的諧波電流流到這個節點時,我們來分析一下電網的阻抗也就是變壓器的感抗XTR=2#fL,依照公式我們可以看到頻率越高則感抗是越大,而電容器的容抗Xc=1/2#fc,依照公式我們可以看到頻率越高則容抗將會越小,因此依照諧波的特性,大部分的諧波電流將會被分流到電容器裡,少部分的諧波分流至電網,就因為這樣的原因,將會造成電容器過流運行而故障我們來分析電容器的特性電容器的運行特性是只要投入運行一定是滿負荷運行,也就是其運行電流是100%的額定電流而電容器的製造標準其運行的最大耐流是額定電流的1.3倍因此電容器投入運行時的電流是滿載電流加上外來的諧波電流時,如果超過1.3倍的額定電流時,電容器將會迅速故障我們來看電容器與系統產生並聯諧振而把諧波給放大的現象此系統有一諧波負荷其產生一諧波電流從負荷端來看我們可以把此系統架構等效成如圖的等效電路,也就是變壓器並聯電容器的一個電流源等效電路變壓器與電容器的並聯等效阻抗的公式是分母相加,分子是相乘因為感抗與容抗的矢量特性是相差180度因此當感抗XTR=容抗XC時分母的和是等於零也就是等效的並聯阻抗ZLC是變為無限大也就是這個等效電路的諧振點在諧波頻率下,形同一個開路的電路,阻抗為無限大,一個諧波電流流過一個無限大的阻抗電路時,將會產生一無限大的諧波電壓,如公式I=V/R,在定電流源的情況下阻抗越高則電壓將會越高的原理.一個無限大的諧波電壓,將會在電網與電容器間產生非常大的電流,導致電容器的迅速故障所以即使是少量的諧波電流,如果補償設備的選用不當,使用了單純的電容器來作無功補償,則電容器將會與系統產生諧振,而該諧振頻率附近如果有諧波時,就會把諧波放大,造成電容器的迅速故障,並且增大了諧波對電網的影響.另外還有一種現象發生就是電容器會與系統產生串聯諧振,像這個電力架構,在工廠或車間裡完全沒有會產生諧波的負荷,也就是負荷都是線性負荷不會產生諧波,但是在其他工廠或是車間裡有諧波負荷時,其產生的諧波電流將會流入電網側,而在電網側產生一諧波電壓,因為諧波電流流過一個阻抗迴路將會產生諧波電壓,所以我們從電網側來分析,變壓器與電容器呈現串聯的迴路所以我們可以將此迴路等效成此電路,而變壓器串聯電容器的等效阻抗是兩個阻抗值相加,這個公式就是ZLC=XTR+(-XC),當XTR=XC時帶入公式我們發覺ZLC的值等於零,也就是串聯的等效阻抗值是等於零所以當感抗等於容抗時,等效阻抗是等於零,一個諧波電壓源發生一個阻抗為零的迴路,就好比一個短路的迴路,將會產生無限大的諧波電流這個原理可以用V=IR這個公式理解,當一個定電壓源,阻抗越低則電流將會越高所以即使在我們的工廠或車間裡沒有任何諧波負荷,也免不了有背景諧波電壓的存在,因此如果補償設備的選用不當,使用了單純的電容器來作無功補償,則電容器將會與系統產生串聯諧振,而該諧振頻率附近如果有諧波時,就會產生非常大的諧波電流,造成電容器的迅速故障,並且增大了諧波對電網的影響.現在我們知道了諧波所造成的影響了,接下來就是要想辦法解決問題,那麼要如何避免諧波的影響呢?主要是要從如下三方面解決1.避免電容器過電流問題2.避免電容器與系統在諧波頻率下產生並聯諧振3.避免電容器與系統在諧波頻率下產生串聯諧振在這個電力架構下,左下角是我們的諧波負荷,其產生諧波電流而我們的無功補償設備中,現在試著在電容器上端串接一個電抗器,我們來分析一下這個電路電抗器的感抗是XL=2#fL,其阻抗特性曲線是頻率越高則阻抗越大,而電容器的容抗是XC=1/2#fC,其阻抗特性曲線是頻率越高則阻抗越小,而且感抗與容抗是相差180度,兩者在不同的象限,我們便於計算串聯的阻抗,將其放置在同一個象限,我們可以看到感抗與容抗有一相交點,此交點是XL=XC我們稱之為諧振點串聯的等效阻抗公式是ZLC=XL+(-XC),根據此公式計算之後,電抗器與電容器串聯的等效阻抗特性曲線,在諧振點之前是容抗大於感抗,所以呈現的是容性的,也就是紅色的曲線,容抗等於感抗時阻抗為零,我們稱之為諧振點,諧振點之後是感抗大於容抗,所以呈現的是感性的也就是藍色的曲線分析好補償設備的阻抗之後,我們再來分析電網的阻抗,也就是變壓器的阻抗.變壓器的感抗是XTR=2#fL,其阻抗特性曲線是頻率越高則阻抗越大.所以我們從圖上的各阻抗特性曲線圖來看,在諧波頻率之下,假設諧波為五次諧波其頻率為250Hz,則電抗電容器組的阻抗大於變壓器(電網)的阻抗我們計算完在諧波頻率之下的各阻抗之後,就可以清楚知道諧波電流將會大部分流向電網,僅少量的諧波電流流入電容電抗器中,由此可以防止電容器過電流的問題.而頻率低於諧振點是呈現電容性,對於基波也就是50Hz依然可以提供負荷所需的無功.頻率大於諧振點是呈現電感性,可以避免與系統產生諧振所以在諧波頻率之下,電抗電容器組是呈現電感性,因此並聯諧振將不會發生,串聯諧振也不會發生.因為諧振的條件是電網必須要有電容以及電感.如果兩個都是電感就不存在發生諧振的問題.我們現在知道電容器必須要加裝電抗器,才能避免諧波的影響.但是加裝的電抗器選用時必須要注意到如下3點1.電容與電抗的諧振頻率2.電容器的耐壓3.電抗器的耐流電容器串接電抗器之後將會產生一諧振頻率,此諧振頻率是由我們所串接的電抗器感抗容量而決定,根據公式計算XL=6%XC的電抗器其諧振頻率是204Hz,可以避免第五次以上諧波的放大問題,因為此時諧波落在電感性部分.XL=7%XC的電抗器其諧振頻率是189Hz,可以避免第四次以上諧波的波放大問題,因為此時諧波落在電感性部分.XL=14.8%XC的電抗器其諧振頻率是130Hz,可以避免第三次以上諧波的放大問題,因為此時諧波落在電感性部分.電容電抗器的諧振頻率可以經由電抗器的感抗值來決定的而電容與電抗器諧振頻率的選擇,是視負載產生的最低階次諧波而定.最終的目的是讓諧波落於電容電抗器組電感性的部分,而避免了諧波造成的影響電容器串聯電抗器之後,尤其要注意電容器的耐壓值,因為電抗器與電容器的電壓矢量是相差180度,所以串聯電抗器之後將會在電容器端產生一個壓升,因此加注在電容器端的電壓為,系統電壓加上電抗器的壓升及系統的背景諧波電壓,在IEEE的規定中低壓的背景諧波電壓至少必須考慮V3=0.5%VS,V5=5.0%VS,V7=5/0%VS否則電容器將會在過電壓的情況下運行而損壞而電抗器必須考慮其耐流值因為電抗器將會流過電容器在基波輸出的無功電流,及流入的第三次諧波電流,第五次的諧波電流及第七次諧波電流f0f0f(Hz)Z(Ω)f(Hz)Z(Ω)变压器电容器电容器变压器并联谐振串联谐振f0f0f0f0f0f0f0f0f0f0f0f0f0f0f0f0f0f0f0f0f0f0谐振点那麼諧振的機率有多大呢?也就是諧波放大的可能性有多大???我們從諧振的公式fo=1/2#[lc中可以知道,電容值越大,則諧振頻率越低.
通常我們做無功補償都會設計好幾個支路的電容器組,以反應負荷變動的特性作補償的調整,然而不同的容量就會有不同的諧振頻率,設計多少個支路的電容器組,就會有多少個諧振點,所以我們可以看到諧振點幾乎覆蓋了所有的頻率範圍,然而諧波只要在諧振點附近,就足以將諧波放大到相當多倍,而使電容器迅速損壞並且增大諧波對電網的影響
如何避免谐波影响-如何避免电容器过电流-如何避免与系统产生并联谐振-如何避免与系统产生串联谐振現在我們知道了諧波所造成的影響了,接下來就是要想辦法解決問題,那麼要如何避免諧波的影響呢?
主要是要從如下三方面解決
1.避免電容器過電流問題
2.避免電容器與系統在諧波頻率下產生並聯諧振
3.避免電容器與系統在諧波頻率下產生串聯諧振电容器变压器电抗器谐波电流I5,I7,I11…在這個電力架構下,左下角是我們的諧波負荷,其產生諧波電流
而我們的無功補償設備中,現在試著在電容器上端串接一個電抗器,我們來分析一下這個電路电容器电抗器XLf(Hz)Z(Ω)XCf0XL(n)=XC(n)電抗器的感抗是XL=2#fL,其阻抗特性曲線是頻率越高則阻抗越大,而電容器的容抗是XC=1/2#fC,其阻抗特性曲線是頻率越高則阻抗越小,而且感抗與容抗是相差180度,兩者在不同的象限,我們便於計算串聯的阻抗,將其放置在同一個象限,我們可以看到感抗與容抗有一相交點,此交點是XL=XC我們稱之為諧振點电容器电抗器f(Hz)Z(Ω)f0XL(n)=XC(n)串聯的等效阻抗公式是ZLC=XL+(-XC),根據此公式計算之後,電抗器與電容器串聯的等效阻抗特性曲線,在諧振點之前是容抗大於感抗,所以呈現的是容性的,也就是紅色的曲線,容抗等於感抗時阻抗為零,我們稱之為諧振點,諧振點之後是感抗大於容抗,所以呈現的是感性的也就是藍色的曲線电容器变压器6%电抗器谐波电流I5,I7,I11…分析好補償設備的阻抗之後,我們再來分析電網的阻抗,也就是變壓器的阻抗.
f(Hz)Z(Ω)F0=204XL(N)=XC(N)XTR(n)变压器阻抗:250于谐波频率下:电容电抗器组的阻抗变压器(电网)阻抗大于變壓器的感抗是XTR=2#fL,其阻抗特性曲線是頻率越高則阻抗越大.
所以我們從圖上的各阻抗特性曲線圖來看,在諧波頻率之下,假設諧波為五次諧波其頻率為250Hz,則電抗電容器組的阻抗大於變壓器(電網)的阻抗电容器变压器6%电抗器谐波电流I5,I7,I11…仅有少量谐波流入电容电抗器中阻抗大阻抗小我們計算完在諧波頻率之下的各阻抗之後,就可以清楚知道諧波電流將會大部分流向電網,僅少量的諧波電流流入電容電抗器中,由此可以防止電容器過電流的問題.f(Hz)Z(Ω)F0=204频率低于204Hz呈电容性频率大于204Hz呈电感性电容性电感性而頻率低於諧振點是呈現電容性,對於基波也就是50Hz依然可以提供負荷所需的無功.
頻率大於諧振點是呈現電感性,可以避免與系統產生諧振
变压器I5,I7,I11…谐振条件电网需有电抗及电容电容器6%电抗器因為諧振的條件是電網一定要有電抗及電容.变压器6%电抗器I5,I7,I11…V5,V7,V11…并联谐振不会发生串联谐振不会发生谐振条件电网需有电容及电抗所以在諧波頻率之下,電抗電容器組是呈現電感性,因此並聯諧振將不會發生,串聯諧振也不會發生.
因為諧振的條件是電網必須要有電容以及電感.
如果兩個都是電感就不存在發生諧振的問題.电容电抗器的选用需注意:1.电容与电抗的谐振频率2.电容器耐压3.电抗器耐流我們現在知道電容器必須要加裝電抗器,才能避免諧波的影響.
但是加裝的電抗器選用時必須要注意到如下3點
1.電容與電抗的諧振頻率
2.電容器的耐壓
3.電抗器的耐流电容与电抗的谐振频率XL=6%XC:204Hz245Hz50Hz60Hzf(Hz)Z(Ω)f0=204电容性电感性避免大于第五谐波的谐振250200150電容器串接電抗器之後將會產生一諧振頻率,此諧振頻率是由我們所串接的電抗器感抗容量而決定,根據公式計算XL=6%XC的電抗器其諧振頻率是204Hz,可以避免第五次以上諧波的放大問題,因為此時諧波落在電感性部分.电容与电抗的谐振频率XL=7%XC:189Hz227Hz50Hz60Hzf(Hz)Z(Ω)f0=189电容性电感性避免大于第四谐波的谐振250200150XL=7%XC的電抗器其諧振頻率是189Hz,可以避免第四次以上諧波的波放大問題,因為此時諧波落在電感性部分.电容与电抗的谐振频率XL=14.8%XC:130Hz156Hz50Hz60Hzf(Hz)Z(Ω)f0=130电容性电感性避免大于第三谐波的谐振250200150XL=14.8%XC的電抗器其諧振頻率是130Hz,可以避免第三次以上諧波的放大問題,因為此時諧波落在電感性部分.电容与电抗的谐振频率XL=6%XC:204Hz245HzXL=7%XC:189Hz227HzXL=14.8%XC:130Hz156Hz谐振频率的选择视负载产生之最低阶次谐波而定50Hz60Hz電容電抗器的諧振頻率可以經由電抗器的感抗值來決定的
而電容與電抗器諧振頻率的選擇,是視負載產生的最低階次諧波而定.
最終的目的是讓諧波落於電容電抗器組電感性的部分,而避免了諧波造成的影響电容器需注意其电压VCVLVC+_+_VC=VSVS+VLVH+VHVRVLIEEE519VH:谐波电压(低压)(高压)V3=0.5%VS0.5%VSV5=5.0%VS3.0%VSV7=5.0%VS3.0%VS電容器串聯電抗器之後,尤其要注意電容器的耐壓值,因為電抗器與電容器的電壓矢量是相差180度,所以串聯電抗器之後將會在電容器端產生一個壓升,因此加注在電容器端的電壓為,系統電壓加上電抗器的壓升及系統的背景諧波電壓,在IEEE的規定中低壓的背景諧波電壓至少必須考慮
V3=0.5%VS,V5=5.0%VS,V7=5/0%VS
否則電容器將會在過電壓的情況下運行而損壞电容器需注意其电压假设:系统电压400VXL=6%XCVC=VS+VL+VHVC=400+4006%+40010.5%=466V所以电容器耐压至少要大于466V電容器的耐壓該如何設計才是正確的呢???
舉例說明:
假設系統電壓為400V,電抗器的容量XL=6%XC
則加注在電容器的電壓為
VC=VS+VL+VH
VS是系統電壓帶入400V,VL是電抗器的壓升帶入400V6%,VH是背景諧波電壓帶入400V10.5%,所得的電壓值為466V
所以電容器的耐壓值至少需要考慮大於466V以上
VSZLC(1)V3ZLC(3)V5ZLC(5)V7ZLC(7)电抗器耐流需考虑基波电流I1I1=VS/ZLC(1)三谐波电流I3I3=V3/ZLC(3)I5I5=V5/ZLC(5)五谐波电流I7I7=V7/ZLC(7)七谐波电流而電抗器必須考慮其耐流值
因為電抗器將會流過電容器在基波輸出的無功電流,及流入的第三次諧波電流,第五次的諧波電流及第七次諧波電流电抗器耐流不足:如果使用了未考慮諧波耐流的電抗器,就會像如圖所示的電抗器,因為耐流不足而讓線圈間的絕緣劣化,最終會因短路而發生故障总结电容与电抗的谐振频率电容器必须串接适当的电抗器电容器耐压电抗器耐流选用无功补偿设备注意事项總結就是
我們在設計或使用無功補償設備時應該注意如下事項
電容器必須要串接適當的電抗器
電容器與電抗器的諧振頻率必須要匹配正確
電容器的耐壓必須足夠
電抗器的耐流必須足夠串接电抗器的无功补偿设备提供负荷所需无功,提高电网功率因素避免谐波电流放大(避免串联,并联谐振)避免电容器故障正確匹配的無功補償設備將可以帶給我們
安全及正常的提供負荷所需的無功,提高電網的功率因素,而且避免了電容器的故障,避免了諧波電流放大的問題,也就是避免了與系統發生串,並聯諧振的問題
如何消除谐波使用谐波滤波器建议:谐波负荷容量小于200kW使用调谐电抗电容器组谐波负荷大于200kW使用谐波滤波器组當我們的諧波負荷所產生的諧波量小的時候,我們可以使用調諧電抗電容器組的設備,讓大部分的諧波分流至電網側,而此諧波電流排放到電網時,不會造成其他設備嚴重的影響或是不超過國家諧波的管制標準時,那我們可選擇調諧的電抗電容器組.
但是如果諧波負荷所產生的諧波量很大,大到會影響其他設備正常的運行,或是超過國家諧波的管制標準時,那就必須要進行諧波的治理
那麼該如何消除諧波呢???
只有一種最好的方式就是使用諧波濾波器
諧波大小的分界點在哪呢???
根據諾基亞多年的經驗提出如下的建議:
諧波負荷的容量小於200KW時,可使用調諧電抗電容器組.
諧波負荷的容量大於200KW時,必須使用諧波濾波器組适用于建筑行业的滤波器设备三相四线式第三次谐波滤波器(被动式)三相四线式有源滤波器(主动式)若需要产品详细数据,请与xxxx公司联系谢谢你的参与芬兰诺基亚电容器公司中国代表处因為諧振的條件是電網一定要有電抗及電容.諧波的定義是什麼?在電力系統中除基波外,任一周期性的訊號就是諧波,如果不是周期性的訊號就不是諧波,像雷擊的暫態波,大負荷啟動時的突波及湧流,因為不是周期性的所以不叫諧波.一般來說如果一個負荷是所謂的諧波負荷,那麼從此諧波負荷啟動一直到停止時一直產生的非基波訊號我們就稱為諧波諧波的種類我們可以分類成:整數倍的諧波如:2.3.4次到更高階次整數倍的諧波又可區分為偶次如2,4,6次到更高階次奇次3,5,7次到更高階次非整數倍的諧波如:2.3,5.7次到更高階次還有低於基波的諧波我們稱之為次級諧波諧波的總量表示法為總諧波電壓失真率(畸變率),英文以V(THD)表示,單位是百分比%總諧波電流失真率(畸變率),英文以I(THD)表示,單位是百分比%諧波有其矢量的特性,可分為正序諧波,負序諧波,零序諧波,可根據公式(3n+1)可計算出正序諧波為4,7,10次...根據公式(3n-1)可計算出負序諧波為2,5,8次....根據公式(3n)可計算出負序諧波為3,6,9次....有哪些負荷會產生諧波呢?各位可以看到投影片上的圖示,將交流電源利用一個電力電子模組轉變為直流電源的設備再轉換的過程中就會產生諧波.而這種設備我們稱之為整流器,整流器在我們現今的工商企業被大量的使用,如直流電機,ups,電鍍,電池充電機設備.....另一種諧波負荷如投影片上的圖示,此負荷也是在我們現今的工廠車間裡,被大量使用的設備,他應用變化頻率的方式來改變電動機的轉速,所以此設備叫做變頻器.變頻器為什麼是諧波負荷呢??因為變頻器的組成架構中,有將交流電源整流成直流電源的整流模快也就是整流器,因此變頻器也會產生大量的諧波.變頻器因為其技術現今已達成熟階段且價格越來越經濟因此被大量應用在如:造紙機械,紡織機械,空調設備,印刷設備等等除了剛才舉例的兩種諧波負荷之外,還有哪些是諧波負荷呢?事實上是有很多種類的,不勝玫舉,但現今大部分的諧波負荷,主要是因為使用了電力電子元件,將交流電源轉換成直流電源就會產生諧波.我們知道哪些負荷會產生諧波之後,接下就可以探討其產生的諧波階次.負荷所產生的諧波階次,可以使用公式n=kxp+-1計算出來.n:就是我們要計算出的諧波次數,k:是代入常數,p:是代入諧波負荷的整流模塊的晶閘管或二極管的數量.例如:晶閘管的數量是兩個時,一般是單相的諧波負荷,則將p帶入2,由公式可計算出其諧波的次數為3,5,7次及更高的諧波次數芬兰诺基亚电容器有限公司报告人:黄福生谐波探讨报告的内容认识谐波谐波与电容器的关系如何避免谐波影响如何消除谐波认识谐波谐波的定义?什么负荷会产生谐波?谐波的阶次?谐波的量?谐波的方向?何谓谐波(HARMONIC)?整数谐波:2nd,3rd,4th,偶次谐波:2nd,4th,6th,奇次谐波:3rd,5th,7th,非整数谐波:2.3th,5.6th次级谐波:<1之谐波总谐波电压失真率(畸变率):V(THD)总谐波电流失真率(畸变率):I(THD)谐波种类?谐波的定义正序谐波:(3n+1)1st,4th,7th,10th……负序谐波:(3n-1)2nd,5th,8th……零序谐波:(3n)3rd,6th,9th…..?电力系统中除基本波(50/60Hz)外，任一周期性之讯号，皆称为谐波諧波的定義是什麼?
在電力系統中除基波外,任一周期性的訊號就是諧波,如果不是周期性的訊號就不是諧波,像雷擊的暫態波,大負荷啟動時的突波及湧流,因為不是周期性的所以不叫諧波.一般來說如果一個負荷是所謂的諧波負荷,那麼從此諧波負荷啟動一直到停止時一直產生的非基波訊號我們就稱為諧波
諧波有其矢量的特性,可分為正序諧波,負序諧波,零序諧波,可根據公式(3n+1)可計算出正序諧波為4,7,10次...根據公式(3n-1)可計算出負序諧波為2,5,8次....根據公式(3n)可計算出負序諧波為3,6,9次....諧波的種類我們可以分類成:
整數倍的諧波如:2.3.4次到更高階次
整數倍的諧波又可區分為偶次如2,4,6次到更高階次奇次3,5,7次到更高階次
非整數倍的諧波如:2.3,5.7次到更高階次
還有低於基波的諧波我們稱之為次級諧波諧波的總量表示法為
總諧波電壓失真率(畸變率),英文以V(THD)表示,單位是百分比%
總諧波電流失真率(畸變率),英文以I(THD)表示,單位是百分比%DC+-6-PULSECONVTERPOWERACABC直流电机,UPS,电镀,电池充电机…….产生谐波的负荷有哪些負荷會產生諧波呢?
各位可以看到投影片上的圖示,將交流電源利用一個電力電子模組轉變為直流電源的設備再轉換的過程中就會產生諧波.
而這種設備我們稱之為整流器,整流器在我們現今的工商企業被大量的使用,如直流電機,ups,電鍍,電池充電機設備.....+POWERABC-PWMMOTORACDC6-PULSEINVERTERAC变频器应用:造纸机械,纺织机械,空调设备,印刷设备……………产生谐波的负荷另一種諧波負荷如投影片上的圖示,此負荷也是在我們現今的工廠車間裡,被大量使用的設備,他應用變化頻率的方式來改變電動機的轉速,所以此設備叫做變頻器.
變頻器為什麼是諧波負荷呢??
因為變頻器的組成架構中,有將交流電源整流成直流電源的整流模快也就是整流器,因此變頻器也會產生大量的諧波.
變頻器因為其技術現今已達成熟階段且價格越來越經濟因此被大量應用在如:造紙機械,紡織機械,空調設備,印刷設備等等n:谐波次数k:常数1,2,3,…p:pulse数例:n=12±1n=22±1::1357谐波的阶次除了剛才舉例的兩種諧波負荷之外,還有哪些是諧波負荷呢?事實上是有很多種類的,不勝玫舉,但現今大部分的諧波負荷,主要是因為使用了電力電子元件,將交流電源轉換成直流電源就會產生諧波.我們知道哪些負荷會產生諧波之後,接下就可以探討其產生的諧波階次.負荷所產生的諧波階次,可以使用公式n=kxp+-1計算出來.n:就是我們要計算出的諧波次數,k:是代入常數,p:是代入諧波負荷的整流模塊的晶閘管或二極管的數量.
例如:晶閘管的數量是兩個時,一般是單相的諧波負荷,則將p帶入2,由公式可計算出其諧波的次數為3,5,7次及更高的諧波次數n:谐波次数k:常数1,2,3,…p:pulse数例:n=16±1n=26±1::571113谐波的阶次如果晶閘管的數量是六個時,則將p帶入6,由公式可計算出其諧波的次數為5,7,11,13次及更高的諧波次數In:谐波电流值I1:基本波电流n:谐波次数谐波的量1111117115%97%147%205IIIIIIIII======例:11113%333II==I我們知道諧波負荷所產生的諧波階次之後,接著就可以計算出該諧波負荷的諧波含量的理論值.
我們可以根據這個公式In=I1/n計算出諧波電流
In是我們要計算出的諧波電流值
I1是負荷的基波電流
n是諧波的次數
因此
3次諧波就三分之一的基波電流含量,也就是33%的基波含量
5次諧波就五分之一的基波電流含量,也就是20%的基波含量
以此類推..
我們也可以由此發覺越高階次的諧波,其諧波含量是越低的谐波电流谐波的方向諧波的方向是如何呢???
根據其特性,諧波是往低阻抗地方流的特性,通常諧波負荷產生的諧波電流流向是往電網方向,因為電網的短路容量較大,所以其阻抗就較小.谐波影响≈变压器谐波电流≈铜损、漏磁损谐波电压≈铁损电力谐波≈噪音、温升谐波电流将会增加变压器铜损,和漏磁损,谐波电压将会增加变压器铁损.同时电力谐波亦提高变压器工作机械噪音和增加变压器额外的温升,尤其频率愈高之谐波成份,噪音与温升特性愈明显.谐波影响≈电力电缆谐波电流≈过载导致过热谐波电流≈绝缘破坏谐波电流≈集肤效应由于谐波电流为基频电流以外之异常电流,如有过量之谐波电流容易因过载导致过热,发生导体绝缘破坏而烧毁,导体对高频率之谐波电流有集肤效应,使额定载流量减少.谐波影响≈转动电机谐波电流≈铜损谐波电压≈铁损电力谐波≈机械效率、转矩转动电机于转动中,将会因谐波电压与谐波电流产生额外的铁损与铜损,进而影响转动电机之机械效率和稳定转矩
谐波影响≈控制系统电压过零点漂移导致控制器判断错误改变线电压的位置点最终控制系统失控谐波电流导致电压畸变
电压畸变可导致电压过零点漂移,或改变一个线电压高于另一个线电压的位置点,而控制系统对这两点的,判断错误会导致控制系统失控谐波影响≈通讯电力谐波≈感应电磁场影响≈通讯品质有下列几项改善建议:(1)适当的摆设与遮蔽(2)避开地线回路与不平衡三相电路(3)减少闸流体换相时间(4)加装串联或并联滤波器,以达隔离或滤除谐波之功效因电力线中的谐波电流或谐波电压会感应电磁场,将影响邻近电话线之通讯品质,如何减少谐波对通讯网路声频的干扰率,在IEEE/Std519-1992有下列几项改善建议:
(1)适当的摆设与遮蔽
(2)避开地线回路与不平衡三相电路
(3)减少闸流体换相时间
(4)加装串联或并联滤波器,以达隔离或
滤除谐波之功效
谐波影响≈电容器系统≈并联谐振产生≈无限大的谐波电压系统≈串联谐振产生≈无限大的谐波电流谐波电流≈电容器过电流电容谐波事故常因电力系统发生并联谐振及串联谐振扩大谐波污染,产生过大之谐波电压及电流所致,一般之改善方法为串接适当之电感值于电容器上,使共振点避开谐波源,除可免于扩大谐波污染,亦可适度滤除谐波谐波与电容器的关系-造成电容器故障-增大谐波对电网的影响-造成电容器过电流-电容器与系统产生并联谐振-电容器与系统产生串联谐振諧波與電容器有非常直接的關係.
將會發生:
電容器過電流
電容器與系統產生並聯諧振
電容器與系統產生串聯諧振
進而造成
電容器的故障
增大諧波對電網的影響
I5(250Hz)I7(350Hz)………电容器变压器变大变小造成电容器过电流諧波是如何造成電容器的過電流呢???我們來分析如投影片的系統架構,諧波負荷所產生的諧波電流流到這個節點時,我們來分析一下電網的阻抗也就是變壓器的感抗XTR=2#fL,依照公式我們可以看到頻率越高則感抗是越大,而電容器的容抗Xc=1/2#fc,依照公式我們可以看到頻率越高則容抗將會越小,因此依照諧波的特性,大部分的諧波電流將會被分流到電容器裡,少部分的諧波分流至電網,就因為這樣的原因,將會造成電容器過流運行而故障电容器运行电流(Irated):电容器额定电流(I1)及流入电容器的谐波电流(Ih)电容器运行时为满载电流I1=100%,加上外来谐波电流时,若运行电流大于1.3倍额定电流时,电容器将迅速故障造成电容器过电流我們來分析電容器的特性
電容器的運行特性是
只要投入運行一定是滿負荷運行,也就是其運行電流是100%的額定電流
而電容器的製造標準其運行的最大耐流是額定電流的1.3倍
因此電容器投入運行時的電流是滿載電流加上外來的諧波電流時,如果超過1.3倍的額定電流時,電容器將會迅速故障I5(250Hz)I7(350Hz)………电容器变压器与系统产生并联谐振我們來看電容器與系統產生並聯諧振而把諧波給放大的現象
此系統有一諧波負荷其產生一諧波電流
從負荷端來看我們可以把此系統架構等效成HarmonicI5I7…CAPACITORXCXTRTRLoadZLC(n)当XTR(n)=XC(n)时ZLC(n)的阻抗为无限大与系统产生并联谐振如圖的等效電路,也就是變壓器並聯電容器的一個電流源等效電路
變壓器與電容器的並聯等效阻抗的公式是分母相加,分子是相乘
因為感抗與容抗的矢量特性是相差180度
因此當感抗XTR=容抗XC時
分母的和是等於零
也就是等效的並聯阻抗ZLC是變為無限大f(Hz)Z(Ω)变压器电容器XL15050我們來看阻抗特性曲線圖,藍色的是變壓器的阻抗特性曲線,我們可以看到頻率越高其阻抗就越高,紅色的是電容器的特性曲線圖,我們可以看到頻率越高其阻抗就越低,我們可以看到感抗與容抗有一個相交點,這點就是感抗等於容抗的點,也就是所謂的諧振點,我們將兩者阻抗的值帶入等效並聯阻抗的公式裡,則等效的並聯阻抗特性曲線圖就是這個,在感抗等於容抗的那點,等效的阻抗是無線大无限大的谐波电压HarmonicI5,I7,I11…..LoadZLC(n)的阻抗为无限大谐波电流流经阻抗无限大的回路时将产生无限大的谐波电压与系统产生并联谐振I=V/R也就是這個等效電路的諧振點在諧波頻率下,形同一個開路的電路,阻抗為無限大,一個諧波電流流過一個無限大的阻抗電路時,將會產生一無限大的諧波電壓,如公式I=V/R,在定電流源的情況下阻抗越高則電壓將會越高的原理.HarmonicCAPACITORXC(n)XTR(n)TRLoad与系统产生并联谐振无限大的谐波电压将于电网与电容器间,产生大电流将迅速造成电容器故障无限大的谐波电压一個無限大的諧波電壓,將會在電網與電容器間產生非常大的電流,導致電容器的迅速故障谐波电流I5,I7,I11…电容器与系统产生并联谐振-造成电容器故障-增大谐波对电网的影响所以即使是少量的諧波電流,如果補償設備的選用不當,使用了單純的電容器來作無功補償,則電容器將會與系統產生諧振,而該諧振頻率附近如果有諧波時,就會把諧波放大,造成電容器的迅速故障,並且增大了諧波對電網的影響.LOADV5,V7,V11…..电容器变压器与系统产生串联谐振另外還有一種現象發生就是電容器會與系統產生串聯諧振,像這個電力架構,在工廠或車間裡完全沒有會產生諧波的負荷,也就是負荷都是線性負荷不會產生諧波,但是在其他工廠或是車間裡有諧波負荷時,其產生的諧波電流將會流入電網側,而在電網側產生一諧波電壓,因為諧波電流流過一個阻抗迴路將會產生諧波電壓,所以我們從電網側來分析,變壓器與電容器呈現串聯的迴路ZLC(n)HarmonicV5,V7,V11….CAPACITORTRXTRXC当XTR(n)=XC(n)时ZLC(n)的阻抗为0所以我們可以將此迴路等效成此電路,而變壓器串聯電容器的等效阻抗是兩個阻抗值相加,這個公式就是ZLC=XTR+(-XC),當XTR=XC時帶入公式我們發覺ZLC的值等於零,也就是串聯的等效阻抗值是等於零电容器变压器f(Hz)Z(Ω)f0XTR(n)=XC(n)此投影片表示的就是經過公式計算,變壓器與電容器串聯的等效阻抗特性曲線圖,在感抗等於容抗的那一點,阻抗為零我們稱之為諧振點fo谐波电压流经阻抗为0的回路时将产生无限大的谐波电流HarmonicV5,V7,V11…..无限大的谐波电流ZLC(n)的阻抗為0所以當感抗等於容抗時,等效阻抗是等於零,一個諧波電壓源發生一個阻抗為零的迴路,就好比一個短路的迴路,將會產生無限大的諧波電流ZLC(n)=0HarmonicV5,V7,V11….CAPACITORTRV=IR這個原理可以用V=IR這個公式理解,當一個定電壓源,阻抗越低則電流將會越高LOADV5,V7,V11…..电容器变压器-造成电容器故障-增大谐波对电网的影响所以即使在我們的工廠或車間裡沒有任何諧波負荷,也免不了有背景諧波電壓的存在,因此如果補償設備的選用不當,使用了單純的電容器來作無功補償,則電容器將會與系統產生串聯諧振,而該諧振頻率附近如果有諧波時,就會產生非常大的諧波電流,造成電容器的迅速故障,並且增大了諧波對電網的影響.
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