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UPS是不间断电源(uninterruptible power system)的英文简称,指 能够提供持续、稳定、不间断的电源供应的重要外部设备。在市 电出现异常时候,有效净化市电;在市电突然掉电的时候,能够 不间断的持续一定时间给用电设备供电,能有充裕的时间使用户 采取应对方案。目前,UPS已经广泛应用于通讯、金融、***、医疗、教育、工业、安防监控等各行各业,随着信息化发展进程,UPS变得越来越重要,而且功率也越来越大。同时,UPS对电网所产生的污染问题也是日趋严重。 谐波的定义 随着电力电子技术的发展,大功率可控硅SCR、门极可关断晶闸管GTO、电力场效应晶体管MOSFET、电力晶体管GTR、IGBT等技术的广泛应用,大量非线性负荷的增加,使得电力系统波形严重畸变。 谐波是指供电系统中所含有的频率为基波的整数倍的电量,一般是指对周期性的非正弦电量进行傅立叶级数分解,除了得到 与电网基波频率相同的分量,还得到一系列大于电网基波频率的分量,这部分电量称为谐波。 谐波频率与基波频率的比值(n=fn/f1)称为谐波次数。通俗的将分解后的谐波称为n次谐波,此处的n即是谐波次数。一般指从2 次到50次范围,如5次谐波电压(电流)的频率是250赫兹,7次谐波电压(电流)的频率是350赫兹;超过13次的谐波称高次谐波。 UPS谐波的产生 UPS主要由整流电路、逆变电路、控制电路、充电电路、电池组、旁路系统组成。 目前中大功率三进三出UPS 的整流电路常采用晶闸管相控整流电路,常用的整流电路有三相全桥六脉冲整流电路和六相全桥 十二脉冲整流电路等。相控整流技术的优点在于结构简单控制技术成熟,但由于交流输入功率因数低,产生大量的谐波电流,会对电网产生较大的污染。 中大型三进三出UPS输入整流器采用三相全桥六脉冲可控整流电路的,其输入功率因数是由换相重叠角γ和控制角α来就决定的。换相重叠角γ是指三相整流电路中两相电压共同导通的时间;控制角α表示触发延时时间,即从正弦波过零开始到晶闸管 触发导通之间这段晶闸管不导通的时间。相控整流电器的功率因数为: 如果换相重叠角γ很小,可以忽略不计时,则相控整流器的功率因数表达式为: 说明整流器的功率因数主要与控制角的余弦有关,控制角愈小,功率因数愈大;反之则功率因数愈小。 实际上,在整流电路中,除了存在整流电压与整流电流之间相位差之外。还存在着由于高次谐波电流引起的电流波形畸变问 题,可以用电流畸变系数μ进行计算。电流畸变系数μ如上式所示。 考虑到高次谐波畸变因数后,整流器的功率因数PF可以表示为: 高频开关整流电源由于是峰值整流形式,其输入电流为很窄的大电流脉冲波,谐波分量很大,电流畸变系数μ很低,故其功 率因数PF也很低。 UPS谐波波危害 对发电设备的危害:谐波干扰增大发电机的损耗,产生寄生转矩,降低了机械能向电能转换的效率;谐波在线圈绕组和转子阻 尼线圈中产生额外的损耗,产生振动和发出异常的噪音。发电机中THDI必须小于等于20%,否则发电机的功率也必须进行折算; 对输电设备的危害:损耗增加(趋肤效应)、引发谐振(线路电感、对地电容)、中线电流增大、影响线路的稳定运行(继电保护 的误动或拒动); 对供电设备的危害:损害电容、变压器降容(铜损、涡流损耗与导体外部因漏磁通引起的杂散损耗)、降低可靠性、影响电力测 量的准确性; 对用电设备的危害:视在功率增大、干扰敏感性的电子设备; 对人体的危害:人体细胞在受到刺激兴奋时,细胞膜静息电位会发生快速电波动或可逆翻转,其频率如果与谐波频率相接近,电网谐波的电磁辐射就会直接影响人的脑磁场与心磁场,引起不适,甚至诱发疾病,危害人体健康。 |
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