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如何消除三次谐波

 陸号鱼 2020-11-12

  随着建筑物中的电气负荷以节能灯、信息设备等为主要负载,零线电流过大的现象十分普遍。造成这种现象的根本原因是单相整流电路。

零线上的电流过大的危害极大,这是因为零线上没有保护装置。配电线路的保护装置一般安装在相线上,因此,相线上一旦出现过大的电流,保护装置会动作,避免线路过热。而零线上没有保护装置,电流过大时,只能任其过热,酿成火灾隐患。

因此,信息设备和节能灯集中的建筑物中,必须充分考虑这种火灾隐患。实际上,20年前,在欧美发达国家,很多火灾是中线过热导致的。现在,欧美国家对信息设备设备的谐波电流进行了严格限制,并在工程中特别关注,中线过热的现象已经很少见到。

中国刚开始进入信息化、电子化,各种电子设备(电脑、电视、变频空调、电磁炉等)的数量急剧增加,零线电流过大的问题日益显露出来。零线电流多大的问题本身并不可怕,可怕的是几乎所有的人还没有认识到这种危害,因此没有防范措施,从设计开始就埋下了隐患。

如何消除三次谐波

三次谐波电流主要来自于单相整流电路。

图示的是一个典型的单相整流电路,电路中的电容是平滑电容,大部分整流电路中都包含这个电容,否则直流电压的纹波很大。这个电容是导致三次谐波电流的主要原因。

熟悉电路的人都知道,平滑电容的电压被充电到交流电的峰值后,就维持在交流电峰值附近。当交流电的电压低于电容上的电压时,电网上没有电流流入负载。这时,负载的电流由电容供给,随着输出电流,电容的电压开始降低,在某个时刻,交流电的电压会高于电容上的电压,这时,电网上才会有电流流入电容(给电容充电,使电容上的电压升高)和负载中。因此,电网仅在接近电压峰值的时刻向负载输入电流,电流的形状为脉冲状。

通过付立叶分析可知,这种脉冲状的波形包含丰富的三次谐波成分。

三次谐波的危害解决办法

在谐波的处理问题上,3次谐波电流需要引起特别的关注。三次谐波电流之所以危害很大,是因为三次谐波电流会在中线上叠加,导致中线电流过大,造成火灾隐患。下图中是三系谐波导致零线过热的情况。实际上,20年前在欧美发达国家,很多火灾是中线过热导致的。现在,欧美国家对电子设备的三次谐波电流进行了严格的限制,并在工程中特别的关注,中线过热的现象已经很少出现。

如何消除三次谐波

单相整流电路产生3次谐波电流,由于三相电的每相基波电流之间相位相差120°,因此3次谐波电流的相位相差360°(3&TImes;120° =360°),对于交流电而言,相位相差360°意味它们是同相位的。因此,3次谐波电流在零线上是算数叠加的。这就是三次谐波的特殊性。

不仅三次谐波具有这样的特性,只要是基波频率3倍频率的谐波都应该具有这样的特性。这些频率是基波频率3倍的谐波称为3倍频谐波,他们在中线上都是算术叠加的。但是6、9次以及更高的3倍频谐波很小,甚至没有,因此不予考虑。

三次谐波在中线上叠加,导致零线电流过大,使零线发热,严重的话甚至会引发火灾。

零线电流过大之所以危害很大,是因为零线上没有保护装置。配电线路的保护装置一般都是安装在相线上的,因此,零线上一旦出现过大的电流,保护装置就会动作,避免线路过热。而零线上没有过流的保护装置,电流过大时,只能任其过热。

如何消除三次谐波

如何消除三次谐波

三次谐波的产生原因

单相整流电路的电流是脉冲状的。如果三条相线上的电流是脉冲状的。由于脉冲很窄,因此当第一相上出现电流时,第二相和第三相上的电流为0.因此零线上不会发生抵消,相线上出现的每个电流脉冲也会出现在零线上。这种现象解释了当负载为计算机时,即使负载平衡,中线上仍然有电流的现象。

中线上的电流脉冲数是相线上的电流脉冲数的3倍,根据电流有效值的计算方法,中线上的电流会达到相线的1.7倍。如果整流电路的电流的脉宽大于60°,就会在中线上发生重叠现象,这时中线上的一部分电流发生抵消,实际的零线电流会小于相线电流的1.7倍。

现在建筑物中几乎所有的负载都是以整流电流为代表的非线性负载,因此,中线电流过大的问题十分普遍。

如何消除三次谐波

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