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谐波是频率为基频的整数(整数)倍数(第 2、3、4 等)的电流或电压分量。例如,当电源为60 Hz AC时,第一次谐波(60 Hz)是基频。基波谐波的其他倍数是二次谐波(120 Hz),第三次谐波(180 Hz),第四次谐波(240 Hz)等。当电路中存在这些谐波时,产生的波形由每个时刻的基波和较高谐波的总和组成。参见图1。结果是谐波贡献引起的失真波形。 图1.谐波是基波波形的倍数 注意: 高频谐波会缩短使用寿命或导致电气设备故障。 大多数配电设备的基本设计假设电路的电流和电压波形是正弦的。在配电系统中,有不同类型的非线性元件,它们相对于源电压不成比例地消耗电流。这会导致包含谐波分量的非正弦电流波形。例如,仅在周期的一部分内以脉冲形式吸收电流的设备会导致谐波分量。 了解电力线上存在的谐波对于在任何配电系统上工作都很重要。在评估电能质量时,必须测试输入功率、类型(线性和非线性)和负载数量以及配电系统中使用的设备。电能质量计可用于测量线路上的电压和电流谐波量。线路上存在的每个谐波的数量和相关信息由电能质量计图形显示屏上的数字数据和频谱指示。参见图2。 图2.电能质量计可用于指示谐波的存在和幅度。 奇数谐波和偶数谐波 奇次谐波是基波的奇数倍数(3、5、7等)。它们加在一起并增加了效果。吸入奇次谐波的负载会增加变压器中的电阻(I2R)损耗和涡流损耗。如果谐波很大,则必须对变压器降额以防止过热。 偶次谐波是基波的偶数倍数(第 2、4、6 等)。偶次谐波通常相当小,因为电力系统中的大多数非线性负载会产生奇次谐波,偶次谐波往往会相互抵消。如果甚至存在谐波,这一事实可以用作故障排除工具。它们通常表明变压器的次级绕组中可能存在直流电流。直流失调通常是由整流器故障引起的半波整流引起的。 在交替半周期中,直流失调可能导致变压器饱和并吸收极高的电流,从而导致初级烧坏。由于这些问题,变压器铁芯可能会经历强烈的振动和非常大的噪音。通常,直流失调超过额定电流的1%会导致问题。 三谐波 三次谐波(三次谐波)是三次谐波(3次、9次、15次等)的奇数倍数。只有单相负载会产生三次谐波。三相负载不会产生三次谐波。三次谐波会导致中性线过载、电话干扰和变压器过热等问题。特殊类型的变压器用于减少三次谐波。 单相电子负载连接到中性线,例如 120V 办公电路或 277V 照明电路,会产生三次谐波,而较高的奇次谐波量会减少。 三相电子负载(例如 208V 电源或 480 V 变速电机驱动器)不会产生三次谐波,但它们确实会产生大量其他更高电平的谐波。参见图 3。 图3.三次谐波由从相位连接到中性的电路产生。 三次谐波 单相电子负载除了产生少量的高奇次谐波外,还会产生三次谐波。只有三次谐波会导致高零线电流问题。9次、15次和较高的三次谐波具有相对较低的电流水平,并且略微扭曲零线电流。因此,它们对实际均方根零线电流没有明显影响。 由于较高的谐波相对较小,因此第三次谐波占总均方根电流的百分比乘以3,是对三个相同的非线性单相负载产生的中性线电流百分比的相当好的估计。因此,当三次谐波为基波相电流的331⁄3%时,中性线电流约为基波相电流的100%。 谐波序列 谐波序列是谐波相对于基波(60 Hz)频率的相量旋转。来自每个相位(A、B 和 C)的波形与零交叉的顺序称为相量旋转。通过使用线条和箭头而不是波形来显示相位关系,简化了相量旋转。参见图 4。谐波相序至关重要,因为它决定了谐波如何影响配电系统中导体等负载和组件的运行。 图4.正、负和零序谐波的相量旋转 正序列 正序谐波(1、4、7等)与基波谐波具有相同的相序。正序谐波会在配电系统中的变压器、导体、断路器和面板中产生额外的热量。正序谐波的旋转方向与感应电机中的基波方向相同。 负序列 负序谐波(2、5、8等)与基波谐波具有相反的相序。与正序谐波一样,负序谐波会在配电系统组件(如变压器、导体、断路器和面板)中引起额外的热量。负序谐波的旋转方向与感应电动机中的基波方向相反。反向旋转不足以使电机反转方向,但它确实降低了电机的正向转矩。扭矩减小会导致消耗更高的电机电流并导致过热。 零序 零序谐波(3次、6次、9次等)不会在任一方向上产生旋转场。然而,零序谐波确实会导致元件和系统发热。零序谐波不会消除,但可以在 3 相 4 线系统的中性导体中加在一起。使用整流器电源的单相电器,包括计算机、带电子镇流器的荧光灯和其他常见电子设备,对中性线上的电流有显著贡献。 |
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