整流設(shè)備諧波產(chǎn)生原因和治理

安科瑞 鮑靜君

　　01 簡述

　　各種電子設(shè)備和電子計(jì)算機(jī)，都需要由穩(wěn)定的直流電源供電。通常都是將工業(yè)用的交流電經(jīng)變換來獲得所需的直流電。傳統(tǒng)的把交流電變換成穩(wěn)定的直流電的方式主要分為變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓等四個過程。

　　02 單相整流設(shè)備諧波分析

　　常見的單相整流負(fù)載主要有，以電視機(jī)為代表的家用電器，特別是變頻空調(diào)、電磁爐等；節(jié)能燈、調(diào)光燈等照明設(shè)備；大尺寸的LED屏幕（采用很多開關(guān)電源并聯(lián)供電）

　　1、單項(xiàng)可控整流電路原理圖。

　　2、單項(xiàng)可控整流電路輸入電壓和輸出電壓波形

　　3、單項(xiàng)可控整流輸入電流波形（發(fā)生畸變）

　　4、輸入電流波形FFT分析，主要為150HZ(3次諧波)，3N次諧波。

　　諧波電流在流過變壓器時，會造成變壓器的損耗增加，從而導(dǎo)致變壓器的溫度過高。其中，三次諧波電流造成變壓器過熱的情況很嚴(yán)重。三次諧波還會引起跳閘、零線過熱等諸多問題。

　　03 6脈整流設(shè)備諧波分析

　　單向整流電路應(yīng)用在負(fù)載功率需求較小的場合，一般不超過1KW。而在機(jī)電產(chǎn)品中，有很多設(shè)備需要較大功率的直流供電電壓，這就要采用三相整流電路。比如工業(yè)變頻器、電弧焊機(jī)、車床、起重機(jī)等。其輸出功率在幾千瓦~幾百千瓦，由于功率較大，一般采用三相6脈整流電路來提供大功率直流電壓輸出。

　　1、6脈可控整流電路原理圖。

　　2、6脈可控整流電路輸入電壓和輸出電壓波形

　　3、6脈可控整流輸入電流波形（發(fā)生畸變）

　　4、輸入電流波形FFT分析，主要為250HZ(5次諧波)、350HZ(7次諧波)、6N±1等其它高次諧波。

　　04 12脈整流設(shè)備諧波分析

　　12 脈波整流器由一個整流變壓器和兩個三相橋式電路構(gòu)成,整流變壓器為三繞組變壓器,兩個三相橋式電路對稱,并分別與整流變壓器的兩個低壓繞組連接。12 脈波整流器通過兩個 6 脈波三相橋式電路的組合,可以實(shí)現(xiàn) 12 脈動的效果。

　　1、12脈整流電路原理圖。

　　2、12脈可控整流電路輸入電壓和輸出電壓波形

　　3、12脈可控整流輸入電流波形（發(fā)生畸變）

　　4、輸入電流波形FFT分析，主要為550HZ(11次諧波)、650HZ(13次諧波)、12N±1等其它高次諧波。

　　12脈波整流電路應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、自耦變壓器、航空飛機(jī)電源整流等領(lǐng)域、軌道牽引設(shè)備。APF和SVG 對 12 脈波整流器的電能質(zhì)量治理,主要是對 12 脈波整流器進(jìn)行無功補(bǔ)償和諧波治理。其無功補(bǔ)償比較容易實(shí)現(xiàn),而諧波治理比較復(fù)雜。

　　05 24脈整流設(shè)備諧波分析

　　24 脈波整流機(jī)組整流以大幅度減少系統(tǒng)中的低次諧波含量。其主要由 2 臺相同容量的 12 脈波軸向雙分裂式牽引移相整流變壓器和 4 組由三相全波整流橋構(gòu)成的整流器兩部分共同組成。具有諧波分量低、電壓脈波小,濾波設(shè)備所需資金投入少等優(yōu)點(diǎn)。整流機(jī)組中的 2 臺整流變壓器閥側(cè)均有 2 套低壓繞組,分別采用 Y 型和△型接線,使得 2 套繞組的線電壓形成 30°的相位角。網(wǎng)側(cè)繞組采用 2 種不同的延邊三角形接線方式進(jìn)行移相，左延△接法實(shí)現(xiàn)移相+7.5°,右延△接法實(shí)現(xiàn)移相-7.5°。通過移相處理,得到 4 套閥側(cè)繞組的線電壓互差 15°的相位角。它們各自經(jīng)過由三相全波整流橋構(gòu)成的整流器整流,在 4 組整流器的直流側(cè)并聯(lián)運(yùn)行,組成 2x12 脈波整流系統(tǒng)。

　　24 脈波整流系統(tǒng)低次諧波含量較低，通常使用在高鐵、地鐵等牽引系統(tǒng)。

　　結(jié)束語

　　整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的近 25-33%,對電網(wǎng)的危害較大,諧波造成配電線纜、變壓器發(fā)熱,降低通話質(zhì)量,空氣開關(guān)誤動作,發(fā)電機(jī)喘振等不良后果;諧波按電流相序分為+序(3k+1 次,k 為0和正整數(shù))、-序(3k+2次,k 為0 和正整數(shù)).0序(3k 次,k 為正整數(shù)),+序電流使損耗加重,-序電流使電機(jī)反轉(zhuǎn)、發(fā)熱,0 序電流使中線電流異常增加。大量的諧波電流注入電網(wǎng)，造成電壓波形畸變，供電質(zhì)量下降，嚴(yán)重危害供發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備。

　　APF（有源濾波器） 是用于對諧波進(jìn)行動態(tài)治理的新型電力電子裝置。其克服了無源濾波器容易引起振蕩、補(bǔ)償特性單一、易發(fā)生過載等不足,對諧波電流的補(bǔ)償效果不受系統(tǒng)阻抗影響。能夠治理大小、頻率都變化的諧波,SVG(有源無功補(bǔ)償裝置)可以對變化的無功進(jìn)行補(bǔ)償,提高系統(tǒng)整體的功率因數(shù);因此APF和SVG在需動態(tài)治理諧波和無功的場合得到廣泛應(yīng)用。

　　安科瑞電氣電能質(zhì)量治理案例

　　SVG(靜止無功補(bǔ)償)治理案例

無功補(bǔ)償+APF(有源濾波)治理案例