低壓生活用電中的諧波源論文

　　摘要：對低壓生活配電網(wǎng)的非線性用電設備的諧波特性作了介紹和分析，隨電力電子技術和人類生活水平的提高，這些諧波源的數(shù)量和比重在電網(wǎng)中將迅速增大，本文的目的是幫助人們增強對日常用電設備中諧波的認識，以利諧波抑制與治理技術的研究和深入。

　　關鍵詞：低壓配電網(wǎng)非線性用電設備諧波特性

　　由低壓電網(wǎng)供給電源的各種電器設備，在市政生活和企事業(yè)單位應用十分廣泛，在這些家用電器中，有不少家用電器含有非線性元件，會產(chǎn)生諧波電流，主要有電視機、各種節(jié)能燈、電冰箱、洗衣機、微波爐、電磁爐、計算機、激光打印機、充電器、各種醫(yī)療和科研用的儀器和設備、調(diào)速驅(qū)動熇如空調(diào)用壓縮機、高層建筑用的大型電梯牭齲它們大都是用晶閘管、小功率的整流裝置等電力電子元件，有的電器帶小容量變壓器。其勵磁電流所占比例較大，雖然其單個容量小熓十瓦到數(shù)千瓦牐但數(shù)量較多且分布很廣，它們產(chǎn)生的高次諧波也會對電力系統(tǒng)造成影響，加重電力網(wǎng)的諧波污染。

　　1.電視機

　　家用電器中對電網(wǎng)諧波影響最大的電器就是電視機群。由于采用單相橋式整流電容平波電路，其整流元件要等到整流電壓大于電容器的儲能電壓時才能導通。故交流側(cè)電流只有正弦波的波頭部分。其特征諧波全部為奇次諧波，而且諧波的峰值與基波峰值相重合。同一相電壓供電的多臺電視機產(chǎn)生的諧波相位相同，而且同時間的使用率高，造成配電網(wǎng)諧波的增大。彩色電視機的尖峰電流比黑白電視機的大，特別是3次、5次、7次及9次尤為嚴重。

　　2.非線性照明用電

　　最廣泛采用的照明燈是白熾燈，但它效率低，電耗較大。近些年來出現(xiàn)的各種節(jié)能燈，效率比白熾燈高許多。但白熾燈是線性負荷，而節(jié)能燈幾乎都是諧波源，在晚上，即是寫撥高峰時段，但大多節(jié)能燈的諧波電流畸變率比電視機要低，不同種類和型式節(jié)能燈的主要諧波電流的相位也有所分散。主要的節(jié)能燈有熒光燈、高壓氣體放電燈和調(diào)光白熾燈等。

　　2.1熒光燈

　　各種熒光燈的諧波電流含有率相差很大。以前用的是普通的長管熒光燈，現(xiàn)在愈來愈多的是緊湊型燈，其中又有各種亞型，其諧波特點有以下幾點：

　　1、特征諧波電流全為奇次諧波。線繞鎮(zhèn)流器的電流含有率3次諧波較高，可達8～10％。電子鎮(zhèn)流器型脈沖式各齊次含有率15～18％，其中3次為70～80％，次數(shù)愈高，含有率愈低；高頻時各諧波含有率低，一般為3～15％。

　　2、緊湊型燈中采用線繞鎮(zhèn)流器的第三亞型裝有并聯(lián)電容器，以提高功率因數(shù)，降低電流和線損，但電容器起明顯放大諧波的作用。

　　3、采用電子鎮(zhèn)流器的第二亞型需經(jīng)整流再逆變，產(chǎn)生出20～60HZ的電力經(jīng)過高頻變壓器饋供給燈管，故除了3～19各齊次諧波電流外，尚有極高頻率的諧波電流含量。

　　2.2高壓氣體放電燈

　　高壓氣體放電燈利用有一定壓力的汞、鈉、鏑、銦和金屬鹵化物的蒸汽，放電時有負電阻特性，故串接非線性的鎮(zhèn)流器、高壓鈉燈和汞燈用得較多。高壓氣體放電燈主要用于街道、廣場、露天礦等處的照明，其諧波特征是主要產(chǎn)生3、5、7次諧波，其量隨燈具的容量而幅度增大。

　　2.3調(diào)光白熾燈

　　調(diào)光白熾燈或其它家用電器的電力調(diào)節(jié)電路是通過用可控硅切除正弦電流的一部分來調(diào)節(jié)負載電流的大小。其特征諧波電流全部為奇次諧波，不同控制角α的諧波電流含量不同，一般地，α越大，諧波電流含量越大。

　　3.家用電器

　　3.1空調(diào)機

　　隨著經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的提高，空調(diào)用電連年飚升。由于空調(diào)機功率較大熋刻600W到數(shù)千瓦牐因此在許多城市中空調(diào)負荷將躍居市政用電的榜首。因此，空調(diào)用電在性質(zhì)上屬于線性還是非線性，與未來城網(wǎng)背景諧波的漲幅密切相關，相關測試表明，空調(diào)機諧波電流大小依工作方式而變，只開風扇時，THDi％為6～9％，制冷時為20～27％，制熱時為22～34％，諧波分布為2～17次，可見，無論是制冷還是制熱，THDi都不小，而單臺的各次諧波電流比電視機的還要大得多。況且空調(diào)機的工藝不斷改進，變頻空調(diào)應用已日益廣泛，變頻裝置的諧波含量與分布更大，因此就配電網(wǎng)的諧波管理來講，應對各型空調(diào)機的諧波量進行調(diào)查，并制訂相關標準。

　　3.2電冰箱

　　家用電冰箱的功率和彩電差不多，其諧波電流含有率比彩電小得多，但電冰箱諧波參與夜晚出現(xiàn)的家電諧波高峰。其諧波主要是3次、5次和7次，其中含有率3次為10～13％，5次為3～5％，7次為0.5～2％，7次以上小于0.8％。

　　3.3洗衣機

　　洗衣機的功率與電冰箱接近，諧波電流畸變率稍大。但每天開機時間短，參與夜晚出現(xiàn)的家電諧波高峰的同時系數(shù)不大。

　　例如，洗衣機產(chǎn)生的諧波含有率3次21～40％，5次4.5～9％，7次3～6％，9次1～4％，13次以上很小。

　　4.計算機

　　隨著信息時代的到來，家用計算機和企事業(yè)單位計算機應用已開始普及，一般計算機用電負荷和諧波電流主要是顯示器烠RT的非線性用電，它和彩電十分相似。

　　計算機整機運行和顯示器單獨運行相比，第3～11次諧波電流含有率稍減，而第13、15、17次諧波電流含有率稍增。由于計算機的諧波含有率高，諧波電流相位和電視機的諧波電流重合，而且商場和家用計算機的普及，以及多班制工作的計算機房的計算機都要參與夜晚出現(xiàn)的家用諧波高峰。所以計算機的諧波影響將迅速增大。另外，各種打印機、復印機、游戲機的用電性質(zhì)以及諧波含有率也與計算機相類似。

　　5.電池充電器等

　　電池充電器是對各種可充電電池充電的裝置，其容量隨充電時電池的容量和個數(shù)而定。在我國小容量的充電器應用較為廣泛，國外應用更為普通，容量較大的對蓄電池充電的充電器使用量也在增加。隨著今后電力汽車的使用，它可能成為產(chǎn)生諧波的一種主要的家用電器。充電器的接線同單相普通整流回路，其電流通過分解可得各次齊次高次諧波。作為供電系統(tǒng)的負載，還應計及變壓器的勵磁電流。對于充電器來講，勵磁電流在負載電流中所占比例將遠大于電力變壓器的情況。

　　6.結(jié)束語

　　通過大量的分析和測試表明，除電視機、充電器、調(diào)光設備、計算機等以上介紹的幾種日常低壓電器外，凡帶有相位控制電路或由簡單的整流電源熖乇鶚前氬ㄕ流方式牴┑緄鈉淥家用低壓電氣設備，如放電燈具、聲頻放大器、真空吸塵器、信息技術設備、便攜式電動工具、微波爐等電炊具都是低壓電網(wǎng)中不可忽視的諧波源。對于這些電氣設備，由于數(shù)量很多，不可能象對大容量諧波源那樣逐個進行對電網(wǎng)諧波干擾的控制，只能通過制訂設備的產(chǎn)品標準，控制其注入電網(wǎng)的諧波成分，防止其對電網(wǎng)及電網(wǎng)中其它電氣設備的相互干擾。

　　參考文獻

　　1、吳競昌主編，《供電系統(tǒng)諧波》，中國電力出版社，1998年5月。

　　2、張直平主編，《城市電網(wǎng)諧波手冊》，中國電力出版社，2001年2月。

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