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谐波对电气设备制造的影响

发布时间2018-12-06 11:36

来源: 未知

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 电力系统电气设备制作时,考虑的要素许多,如电气设备的布局、设备的结构、设备性能、相关创新技能的使用等。其间电力传输设备如变压器等在结构规划时不能忽略电能的传输质量。变压器的的高压绕组一般规划成星形接法,低压绕组是角形接法。在大容量变压器规划生产时绕组接法基本如此,目的是为了抑制高次谐波的搅扰。

  1.谐波界说

  谐波是指电流中所含有的频率为基波整数倍的电量,一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分化,其余大于基波频率的电流发生的电量。从广义上讲,由于沟通电网有效重量为工频单一频率,因而任何与工频频率不同的成分都能够称之为谐波。

  2.谐波的发生

蚂蚁彩票   现代社会,对电能的需求及使用无处不在。电力系统在生产及传输电能过程中,用到许多相关的电气设备。沟通电网中,由于投入电网运行的许多设备是非线性电气设备,使得电压、电流波形不是严厉意义上的正弦波,而是不同程度的非正弦波。

  非正弦波一般是周期性电气重量,依据傅立叶级数,可分化成基波重量(频率50Hz)和高次谐波重量。

  2.1 非正弦周期函数的分化

  依据电路原理知道,电气线路中会遇到非正弦周期波形信号,如常见的矩形波。由高等数学知道,非正弦周期函数,用傅氏级数打开后,含有高次谐波,镜对称的周期函数作傅氏级数改换后是奇谐波函数,满意f(t)=-f(t+T/2)规律。

  2。2 非线性设备

  电力线路中发生高次谐波的非线性设备首要有:含铁芯设备,变流设备,电弧炉等。下面分别介绍。

蚂蚁彩票   2.2.1 含铁芯设备

  电力变压器、电动机的铁芯具有非线性磁化特性,为了进步铁芯的使用功率,一般变压器的额定磁通密度B都规划在磁滞回线(B-H曲线)的临界拐点,从而构成变压器的励磁电流i0为非正弦波,其间含有很多的奇次谐波。

  由电路理论知,磁路中的磁通与励磁电流是非线性关系。所以,沟通电流作用下,磁路中的磁通与励磁电流服从铁磁物质的磁化曲线。

  当主磁通正弦变化时,励磁电流曲线具有尖顶波形。如图1所示。首要含有三次谐波及其他高次谐波电流。当励磁电流正弦变化时,主磁通具有平顶波形,首要含有三次及其他高次谐波磁通。

  2.2.2 变流设备

  变流设备,指的是电力电子电路,对三相沟通电进行整流改换,以满意要求,如整流,逆变,变频等。从整流或逆变电路原理及输出波形剖析易知,为了获可调的直流电压或调速要求,依据操控角的大使可控硅或功率管导通,构成输出形非正弦而发生高次谐波。变流设备是高次谐波的首要谐波源之一。

  2。2。3 电弧炉

  电弧炉一般是三相式,经过专用电弧炉变压器供电。电弧炉作业时,因三负荷不对称,发生许多高次谐波。

  电弧炉作业在熔化期时,炉内填料未融化而成块状固体,电弧阻抗不稳定电极之间经过炉内金属块状导体构成极间短路,短路电流的巨细取决于电弧炉变压器的阻抗和串联的电抗器,由于熔化阶段三相电极频繁的短路断路,加上阻抗不稳定,从而发生高次谐波。

  3。谐波对电气设备的影响

  3。1 对变压器结构的影响

  变压器构造上因有铁芯,所以在传输改换电能的同时,不行避免会发生高次谐波。从供电质量上讲,希望输出谐波越少越好。而变压器的输出谐波巨细与绕组的衔接方法及铁芯结构相关。

  我国变压器常用的衔接组方法有:Yyn0,Dyn11,Yd11等,电力变压器多用芯式柱状铁芯结构。

  由电路理论剖析知,三次谐波电流因构成零序对称组,而不能存在于无中性线星形衔接的对称电路中。因而关于Yyn0接法三相变压器,一次侧的励磁电流不行能含有三次谐波电流重量。而依据傅氏级数可知,谐波次数越高,幅值衰减越大,若不计幅值不大的五次及其他高次谐波,励磁电流就呈正弦波。前面已剖析,由于变压器磁路的非线性特性,正弦波的励磁电流,必激励出平顶型波形的主磁通。主磁通中就含有三次谐波重量,如图2所示。将平顶型波形以傅氏级数等效打开也可得出这一定论。三次谐波磁通及其影响多大,取决于变压器磁路系统的结构。这也是变压器在规划制作时必须考虑的问题。

  三次谐波电流因其幅值、相位、角频率都相同,构成零序对称组。关于三相变压器芯式铁芯结构而言,三次谐波磁通也是零序对称组,三个同相磁通不行能在芯式铁芯内闭合,和三次谐波电流不能在Y衔接的三相电路中流转相似。但磁通和电流不同的是,磁通能够存在于铁磁物质中,也能够存在于非铁磁物质中,只是在非铁磁物质中因磁阻很大,数量很小。也就是说三次谐波磁通虽不能存在于三相芯式变压器器铁芯中,但能够经过油、油箱壁、铁轭构成闭合路径。又由于磁阻很大,使三次谐波磁通大为削弱,从而相电势中没有显着三次谐波电势,波形挨近正弦波。三次谐波磁通经过油箱壁,感生涡流,发生附加损耗,下降变压器功率引起部分过热,因而这种绕组接法只适用于中小容量变压器。

  关于Dyn11接法,原绕组三角形衔接,三次谐波电流构成回路,即励磁电流中含有三次谐波重量,由前面剖析知,主磁通、原副绕组感应电势波形很挨近正弦波。能够看出这种接法变压器传输电能时有利于改进输出波形。

  如果是Yd11接法,副绕组为三角形接法,原绕组的励磁电流是正弦波,则主磁通和相电势会有三次谐波重量,而副绕组三角形接法使得呈零序对称组的三次谐波电势发生三次谐波环流,三次谐波环流发生的磁通抵消了原励磁电流发生的三次谐波磁通。作用上改进了主磁通和相电势的波形,和Dyn11接法相同。这种绕组接法在中大容量变压器中常见。

  3。2 对电动机绕组散布的影响

  咱们知道,脉振磁势是异步电动机各相绕组的磁势散布规律,以南北极电机剖析容易理解。由异步电机作业原理知,旋转磁场是电动机之所以通电滚动的要害,旋转磁场的树立依赖于旋转磁势的树立。从旋转磁场的强度要求讲,周向旋转时磁场强度要求巨细不变,即磁势旋转时也要求不变,旋转磁势由三相基波磁势合成时最佳,这就要求各相绕组的脉振磁势中高次谐波重量越小越好。

  电动机的定子绕组是沿定子周向按极距均匀散布的,为了便于剖析绕组磁势的规律,引入散布系数概念。散布系数表明相同匝数的散布绕组,其基波磁势比会集绕组的基波磁势减小的倍数,或者是把绕组各线圈摆放散布后所引起的基波磁势的扣头。会集绕组指相同匝数的线圈会集在一个槽内。经过剖析,得出5、7次谐波的散布系数比基波散布系数小得多,即采用散布绕组,虽然基波合成磁势减小,但5、7等高次谐波却消弱更多,也就是说,散布绕组的合成磁势谐波重量比会集绕组小得多。这也是异步电机绕组采取散布摆放规划的初衷。

  3.3 对电弧炉变压器结构的影响

  电弧炉变压器作业时,由于二次绕组作业于短路状况,且炉料阻抗不稳定,极易发生高次谐波。为了减小高次谐波对电力系统的搅扰,二次绕组一般是角形接法。电弧炉变压器要求二次电压具备很宽的调压范围,而二次绕组匝数少,电流大,二次侧调压不方便,一般在一次绕组带负荷调压,经过三角-星型切换或改变抽头等方法,即一次绕组有星形或三角形接法。电弧炉变压器的绕组联合,小容量的接法为D或Y,d0-11,中大容量的接法为Dd0或Yd11,Ynd11。

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