谐波的产生原因有很多,例如发电源质量不高产生谐波、输配电系统产生谐波、用电设备产生谐波等等。谐波的产生影响着企业的正常生产运行,加速了设备的老化,危害着生产安全与稳定、浪费着电能。。。所以谐波的治理是很重要的问题。
谐波治理的方法大体分为有源滤波和无源滤波两种,具体的治理方案和所需产品规格也是因项目而异的,遇到这方面的难题最好还是找个靠谱一点的厂商来咨询解决方案。
谐波的产生
在理想的干净供电系统中,电流和电压都是正弦波的。在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路里,流过的电流与施加的电压成正比,流过的电流是正弦波。
在实际的供电系统中,由于有非线性负荷的存在,当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时,就形成非正弦电流。任何周期性波形均可分解为一个基频正弦波加上许多谐波频率的正弦波。谐波频率是基频的整倍数,例如基频为50Hz,二次谐波为100Hz,三次谐波则为150Hz。因此畸变的电流波形可能有二次谐波、三次谐波……可能直到第N谐波组成。
由畸变电流造成的电压畸变取决于电源阻抗。阻抗愈大则由同一电流畸变所造成的电压畸变就愈大。对于10次以下的谐波而言,供电网络通常是感性的,所以电源阻抗就和频率成正比,谐波次数越高,所造成的畸变就越大。通常不可能减小供电系统的阻抗,所以需要采用别的步骤来保证电压畸变不超过限度。可能的解决方法有:装用谐波滤波器、装用隔离变压器和装用有源的谐波调节器。
①装用谐波滤波器:对于电动机控制器产生的谐波,谐波的形状很分明,可以用滤波器来降低谐波电流。对于六脉冲的控制器,滤波器可去掉20%的五次谐波以及全部的高次谐波,对基波影响甚微。为了避免增益顶峰靠近谐波,必须用解谐的滤波器,而且可能需装多个滤波器。在12脉冲桥路中最低次的谐波是11次的,此时情况比较简单。
②装用隔离变压器:均衡的三次谐波电流传回到电源去的问题可以用一台Dyn接法的隔离变压器来削弱。使用这种变压器时,通常装设一个旁路的电路以避免在进行变压器的维护工作时长时期地对负荷停止供电。在这种情况下,应采用中性线有足够大的通用四芯馈线。在重要的配电系统中,有时把隔离变压器就地装在每一配电盘上,使3N次谐波电流与配电系统相隔离。隔离变压器要适当提高额定值,否则也会产生电压畸变和过热。
③装用有源的谐波调节器:由变流器/逆变器产生的边频带和谐波不能很好地用普通的滤波器来滤除,这是因为边频带上的频率是随传动装置的速度而变化的,并且时常很接近于基波频率。目前有源滤波器日益推广应用,它在工作时主动地注入一个电流来精确地补偿由负荷产生的谐波电流,就会获得一个纯粹的正弦波。这种滤波设备的工作靠数字信号处理(DSP)技术来控制快速绝缘栅双极晶体管(IGBT)。因为设备是与供电系统并联工作的,它只控制谐波电流,基波电流并不流过该滤波器。如果所需过滤的谐波电流比滤波器的容量大的话,它只是简单地起限制作用而使波形得到部分的纠正。