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基本概念
术语
主要术语
¨³ Ì £ ± ê » Æ Ü Ï ³ ³ ² ¨º û ± â ¥ Á ¸ É Ò ò É ý ´ Ò Î Å Ò ò É ý û ± º â Ò ò É ý ã Ö ² µ Ò ò É ý TDH FP cosj FD FC
IEC D l cosj1 n FC
图形
次谐波
谐波分量频率低于基波频率
1 2 infra 3 4 inter 5
这两类干扰是由各种设备吸收的功率为周期性或随机变
化引起的。
例: 电弧炉 波形控制 电弧不稳定
循环变流器
频率变换器 变频器
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基本概念
定义
傅立叶变换:
所有周期性的非正弦连续函数, 可以被分解成无穷多的
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基本概念
电源阻抗
阻抗和频率的函数关系
输出阻抗与额定负载时输出阻抗的比值
等效图
变压器, 发电机,
电缆
150
Zs Zc % 发电机 X”d=12% 传统UPS
100
UPS
50
变压器 Usc=4%
MLI UPS
50
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250
500
750
F (Hz)
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基本概念
电源阻抗对电压和电流畸变的影响
电流谐波畸变依赖于负载
电压谐波畸变依赖于电源
较低的电源阻抗利于谐波电流流向电源, 但同时电压 畸变往往也较低 反之, 高电源阻抗阻止谐波电流流向电源, 但电压总畸 变往往也较高 电源阻抗与总谐波畸变 (u, i) 之间的变化是非线性的
周期正弦函数的总和, 该正弦函数的频率为基波频率的 整数倍。 ao f(t) = 2
+S

n=1
[ancos(nw1t) + bnsin(nw1t)]
式中:
2p w1 = T n 为正整数
(T 为周期)
ao, an, bn 为博立叶系数 2 T f(t).dt T o 2 T an = o f(t).cosnw1t.dt T 2 T bn = o f(t).sinnw1t.dt T ao =
电源阻抗
e
Zs
对于每个电流谐波In, 对应该频率的电源阻抗Zsn两端存在
s
谐波电压Un
Un=Zsn.In
逐次谐波畸变 Hn=
(U1: 基波值)
Un
U1
THD (%) = 100

n=

n=2
(Hn)2
在各次谐波频率下的电源阻抗为电压出现畸变的基本原因
结论: 如果电源阻抗低, 电压畸变就低。
1000 to 5000 <3% (*)
>5000 <1, 5% (*)
(*) : 不同类型产品有很大不同
电源处谐波畸变一般不太突出
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基本概念
线性负载 非线性负载
线性负载概念:
负载被称为“线性的”是指当施加一个正弦波电压时它吸收的电流也
无谐波
是正弦波的负载。
例, 白炽灯,加热器, 稳态运行的电机。
电流包含谐波
非线性负载概念:
负载被称为“非线性”是指当加上一个正弦波电压, 它吸收的电流为非 正弦的。 例, 计算机, 启动时的电机, 变频器，节能灯，变压器加电时, 等。
n=1
电压畸变
谐波均方根值与基波的比值
THD (%) = 100

n=

(Yn)2 Y1*
n=2
* 对于 DIN 标准, Y1 由 Y 的均方根值代替
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基本概念
定义
功率因数和相移因数
功率因数是有功功率P与视在功率S的比值
P
S 相移因数 cos j1 代表电压与电流基波夹角的余弦。 PF =
cos j1=
P1 S1
P1 基波分量的有功功率
S1 基波分量的视在功率
畸变因数 DF 是 PF 与 cos j1 之间的比值
cos j1 峰值因数是峰值与周期量均方根值的比值
CF =
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DF =
PF
Y crest Y rms
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基本概念
电源阻抗
U i

电压与电流畸变的关系
MV/LV
U
I
线性负载
M
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谐波干扰
电力生产: 发电机和不间断电源
当无载或线性负载时, THD (U) 小于 4%
对于非线性负载, 畸变主要依赖:
采用技术 网络情况
Sn (kVA) THD (U) ² ¢ µ å º ö THD (U) UPS
<1000 <5% <3%
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基本概念
定义
以方波为例
Y0 = 0 1 22 E数次n
Yn/Y1 =
对于奇数次n
基波均方根值
22 p
100% Yn/Y1
H3 均方根值
.E
1 3
22 p
.E
+E
U
P
wt 2P
1
3
5
7
9
11
n
-E
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基本概念
â Ê Å ÷ THD, t PF
DF, Fd CF
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2 - 电力生产、配电和消耗各环节 产生的谐波干扰
目的: 认识干扰源的特点
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谐波干扰
电源
PSB EJP
在电网某一点, 谐波畸变依赖于:
负载类型
电缆或导线
变压器接线类型和阻抗 电源阻抗
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基本概念
非线性，举例
L v i
电抗器饱和
v L = f (i)
2P lil P wt
L
整流二极管
v i i
i
R
v wt
v
非线性引起谐波表现为电流不再跟随电压的形状, 即不是正弦波。
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基本概念
间谐波和次谐波
间谐波
正弦分量不是基波频率的整数倍。
定义
逐次谐波畸变
n次谐波均方根与基波均方根值的比值
Yn Hn % = 100
Y1
频谱
谐波幅值和谐波次数的函数表示。各次谐波幅值表示为基
波的百分数。
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基本概念
定义
非正弦周期量的均方根值 (RMS)
Yrms =
∫
1
T
y2 (t) dt =
T
0

n=

(Yn)2
谐波原理及抑制
内容
1 - 基本概念 2 - 电力生产、配电和消耗各环节产生的谐波干扰
3 - 标准和规定 4 - 谐波对主要元件的影响
5 - 谐波抑制方案 5.1 - 防止和校正 5.2 - 有源滤波器 5.3 - 正弦波采样理论
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1 - 基本概念
目的: 了解本课必备的基本概念