谐波的影响外文翻译资料

 2022-10-08 10:10

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4.3谐波的影响

除了扭曲电压和电流正弦波的形状,谐波引起什么其他效应?因为谐波电压产生的谐波电流的频率远高于电力系统的基本频率,这些电流在它们传播通过电力系统时比基频电流遇到更高的阻抗.这是由于“趋肤效应”,这是高频电流在导体表面附近流动的趋势,由于很少的高频电流渗透到导体表面的较远处,电流使用较小的横截面面积.随着导体的有效横截面减小,导体的有效电阻增加.这在以下等式中表示:

其中R是导体的电阻,p是导体材料的电阻率,l是导体的长度,A是导体的横截面积。谐波电流遇到的较高电阻将产生导体的显着加热,因为在导体中产生的热或功率损耗是IzR,其中1是流过导体的电流。这种增加的加热效应通常在电力系统的两个特定部分中被注意到:中性导体和变压器绕组。 具有数字3(3,9,15等)的奇数倍的次数的谐波特别麻烦,因为它们的行为类似于零序电流。这些谐波,称为三次谐波,由于它们的零序列性行为是累加的。 它们在系统中性流动,并在三角形连接的变压器绕组中循环,在其尾流中产生过多的导体加热。

4.4减少谐波的影响

由于谐波对电力系统组件的不利影响,IEEE制定了标准519-1992来定义谐波控制的推荐做法。该标准还规定了在各种类型系统上的电压和电流波形中允许的最大允许谐波失真。两种方法可用于减轻由于谐波引起的过度加热的影响,并且经常实现这两种方法的组合。 一种策略是减小谐波波形的幅度,谐波和波浪户失真通常通过过滤。 另一种方法是使用能够更有效地处理谐波的系统组件,例如细绞线导体和K系数变压器。谐波滤波器可以通过将电感(L)与功率因数校正电容器(C)串联来构造。 该系列L-C电路可以调谐到接近麻烦谐波的频率,这通常是第五。 通过以这种方式调谐滤波器,可以衰减不需要的谐波滤波不是减少谐波的唯一方法。可以预先选择逆变器的开关角度以消除一些谐波输出电压。 这可以是减少逆变器产生的谐波的非常有成本效益的手段。由于趋肤效应导致由谐波电流引起的加热,使用具有较大表面积的导体将减少加热效应。 这可以通过使用细绞线导体来实现,因为导体的有效表面积是每个线束的表面积的总和。正确的设计需要增加中性导线的尺寸以更好地适应三倍谐波。 根据2002年NEC的210.4(A)和220.22中的FPN,“用于向非线性负载供电的3相,4线星形连接的电力系统可能需要电力系统设计允许高谐波中性 电流“。根据第310.15(B)(4)(c)条,“在4线,3相Y形电路,其中负载的主要部分由非线性负载组成,中性导体上存在谐波电流: 被认为是载流导体“。 重要的是要注意,8.310.5至8.310.7中的管道库安培表是为50%相电流的中性导线上的最大谐波负载设计的。谐波无疑将继续成为更多的关注,因为更多的产生它们的设备被添加到电气系统。 但如果在系统的初始设计期间进行充分考虑,可以管理谐波并避免其不利影响。

众所周知,非线性负载如开关模式电源(SMPS),变频驱动器,电子镇流器和电弧炉产生谐波电流和电压。 将这些与变压器铁芯的非线性特性组合,产生了电流和电压的波形失真,导致功率损耗和绕组温度的增加。在这种情况下,提供非线性器件的变压器应根据额定绕组涡流损耗和负载电流中谐波分量的百分比进行降额。 另一个选择是使用K系数变压器。 换句话说,研究谐波问题的需要变得很重要。

4.5涡流损耗

变压器损耗由铜和磁芯损耗组成,包括杂散磁通损耗和涡流。 涡流损耗是由于磁通量变化引起的电动势的结果,由于磁芯绕组中的循环电流而消耗的功率,并且当谐波存在时变得相当大。谐波趋向于指数地增加变压器涡流损耗,导致变压器的工作温度较高。 这是因为涡流损耗与导体中的电流的平方和其频率的平方成正比。

4.6K因子

这是建立变压器承载非线性负载的能力的一种方式。 1.0的K因子意味着没有谐波。 另一方面,谐波电流的存在给出大于1.0的K因子。 基本上,它是谐波电流的平方和相应谐波频率数的平方的乘积的总和。 在方程形式中,其中h =基波电流,IZ =二次谐波电流,13 =三次谐波电流,ln= n次谐波电流,Irms = RMS电流。 注意,总RMS电流是各个电流的平方和的平方根。 此外,K系数变压器的设计允许额定涡流损耗的K倍。 端子,至少另外,这些类型的变压器具有两倍于三倍谐波(相位端子的第3,9个,作为针对第15的保护等)的两倍大的中性线。

4.7概要

谐波电流对变压器的影响

  1. 增加的涡流损耗(ECL)

谐波和波形失真

  1. 由于三次谐波含量造成的附加铜损耗
  2. 通信电路的电磁干扰

同时,谐波电压导致以下:

(1)增加绝缘上的介电应力(缩短绝缘寿命)

(2)绕组电抗和馈电电容之间的谐振

(3)通信电路的静电干扰

总的来说,与纯正弦操作相比,谐波的影响是增加变压器中的加热。 此外,谐波将导致较低的效率,较小的容量,降低的功率因数和降低的生产率。

4.8功率因数控制

通常,当输出大于额定逆变器输出功率的50%时,分布式PV系统将保持大于0.9的滞后功率因数。 这对DPV-GT的系统考虑产生了相当大的压力。 通过开关瞬变产生高频噪声。 有两种类型的开关瞬变:慢开关瞬变和快速开关瞬变。这些是由于逆变器中的电子部件产生的。 绝缘栅双极晶体管(IGBT)和栅极驱动电路配置。 显示DPV-GT系统中组件的典型图如图4.1所示。 如电路中所示的滤波器有助于衰减DPV-GT所经历的大多数谐波和更高频率。 受到这些谐波的DPV-GT具有增加的损耗,因此可能具有较低的效率。 当开关器件导通/关断时,快速和高dv / dt或di / dt变化引起100kHz或更高的非常高的振荡。 对于更高的电流额定值,集成门极换向/控制晶闸管(IGCT)证明高效和经济,具有更高的功率处理能力。

4.9分流滤波器

通常,分流滤波器的谐振频率为大约150kHZ,这提供了在50kHz至5MHz的带宽中的谐波和噪声降低。这减少了来自功率级以及DPV-GT系统中的开关模式级的噪声。该滤波器还保护整个系统免受雷电冲击和电流尖峰,其数量级为kA(微秒)至高达1kV的电压。

4.10系列过滤器

IGBT在0.1和10 usec之间切换,这要求串联滤波器的谐振频率在100 kHz和几MHz之间。此外,由于控制器使用150 kHz的开关模式脉冲方案(SMPS),所以串联滤波器需要 设计用于衰减共模(CM)和差模(DM)噪声。对于100kHZ和1MHz之间的频率,CM噪声的衰减在80dB,在200kHz和3MHz的频率之间,DM噪声在70dB。 滤波器还被设计为消除系统主频率分量,并且在PWM频率范围的较低范围内不活动。

4.11谐波减轻

由于其许多与过程控制相关的和节能的优点,具有快速且频繁的负载变化的电力电子设备已经变得丰富。然而,它们还对配电和DPV-GT系统带来了一些主要的缺点,例如谐波和快速变化的无功功率要求。谐波可能会扰乱其他设备的正常运行,并增加运行成本,如图4.7所示。

有问题的加速度水平的症状包括变压器,电机和电缆过热,保护装置的热跳闸,以及数字设备和驱动器的逻辑故障。谐波可能在电机(电机,变压器和电抗器)中引起振动和噪声。

许多器件的寿命可以通过提高工作温度来降低。

有各种谐波抑制方法,我们可以用来解决分配系统中的谐波。 他们都是有效的解决方案,根据情况,他们有利弊。 它们如下:线路电抗器(LR)/ DC总线扼流器八路变压器,调谐谐波滤波器,宽带滤波器,多脉冲变压器/转换器和有源谐波滤波器(AHF).

有源滤波器的概念是产生谐波分量,其消除来自非线性负载的谐波分量。图4.8谐波和波形失真.

B(磁通密度,特斯拉)对H(磁场强度,AT / m) - 磁芯材料的磁化曲线。

示出了由AHF产生的谐波电流如何注入到系统中以从变频驱动(VFD)负载消除谐波。 AHF是消除分配系统中的多阶谐波的高效设备。 它作为并行设备安装,并通过并联多个单元进行缩放。 它可以处理不同类型的负载,线性或非线性。 它从系统角度解决谐波,并可在许多应用中节省大量的成本/空间。 其性能水平可以满足总需求失真(TDD)5%的目标。12或18脉冲变频驱动器(VFD)已在工业中开发,以解决由常见的6脉冲VFD引起的谐波问题。 图4.8给出了12脉冲VFD的典型概念。 输入连接到变压器的初级绕组,然后输出与两个分离的相移次级绕组连接到两组逆变器。 这种配置将电流谐波失真降低到10%范围(12脉冲)。 对于18脉冲VFD,额外的次级绕组和一组逆变器被添加到该方案中。 它可以实现5%的TDD。 18脉冲VFD正在替代12脉冲作为多脉冲解决方案中的主流选择。 在设备级可以达到5%TDD。 然而,与其它解决方案相比,其通常体积大,具有更大的热损失,并且具有更高的操作成本。

4.12宽带滤波器

如其名称所示,宽带滤波器被设计为减轻谐波频率的多个阶。 它具有相似性和其电路与调谐滤波器的差异。 两个电感(L)可以具有gt; 8%的阻抗,这意味着在滤波器上将存在16%的电压降。 其p场尺寸通常非常大,并且产生相当高的热损失(gt; 4%)。 精心设计的宽带滤波器可以满足10%范围内的TDD目标。

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  1. 问题
  2. 为图4.6中的PWM谐波抑制系统设计一个LC滤波器,LC滤波器谐振频率为750 Hz。 PWM调制频率为10 kHZ,在基波分量以下45 dB衰减。 进行FFT分析并绘制波德图以说明LC滤波器的设计。表明10 kHZ纹波分量进一步衰减到分路滤波器的基波分量以下6 o dB。 这个纹波对基波分量和整个TDD的百分比是多少? 计算此LC滤波器的THD和TDD。
  3. 设计一个电阻电感电容(RLC

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