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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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