标签: 谐波

变频器因为采用了二极管/可控硅整流导致电流谐波严重，谐波严重了就得治理。治理电流谐波，首先得知道电路中谐波含量。 典型的变频器输入电流，畸变严重。二个尖峰，如兔子的耳朵，这个波形就得了个“兔子波”的名称 对于这种周期性变化的波形，通过傅立叶级数展开，可以形成一个基波加一系列不同变频/不同幅值的谐波。 知道了一个电流中的基波/谐波成份后，就可以利用有源滤波发生器来产生一个与原谐波频率、幅值相等，但相位相反的电流来“中和”掉电路中的谐波。这个就是“有源滤波”的思路。这也是设计有源滤波器的人要掌握的基本工了。其中设计产生“反相”的谐波的技术比较复杂，得有一大部分电路配合。 但对于我们一般的人，这些基本工也显得太复杂，且学会了也用不上。我们只会遇到：如果电路中有了谐波，我们要选配一个合适的“有源滤波器”接到电路上就可以了。具体这个有源滤波器的功率大小怎么选，是我们普通人要掌握的。 本文就是用来说明怎么选功率的。 表征电路的谐波成分的指标，叫“畸变功率因数” （ Distortion power factor ） 。 具体的算法如下公式/定义，即 基波有效值在总的电流有效值中的占比 。 Irms 表示总电流的有效值，具体的算法是以下公式计算 I1 表示基波电流的有效值。在中国，就是50Hz电流的有效值。 I2,I3,I4……表示谐波电流的有效值。这些谐波值的平方根为记为Ih，即： THD，英文全称：Total Harmonic Distortaion，从上面的定义可以看出是Ih/I1 即谐波总的有效值与基波电流有效值的比值。 实际使用中，大家不用“畸变功率因数”来表征电路中的谐波含量，而是用THD来表征。 某变频器显示中心，提供了THDi数值，而不提供功率因数值。 在知乎上，有一位朋友用excel计算谐波电流的软件，但没有给出具体的计算方法。我想了好久，终于明白了他的算法。 胖胖杨：计算神器第二弹——有源滤波容量计算(APF) 以其中的一个示例： 例如：某数据中心，变压器的容量为2000kVA，变比为10/0.4 kV。η取值为0.8，THDi取值为35%，采用集中治理方案。注：一个有源滤波模块输出电流200A。 此时滤波器怎么选？ 这是怎么得到的呢？ 题干中只提及到数据中心，通过查行业的统计数据，知道数据中心的电流畸变率。按表中的推荐值取THDi=0.35 这道题里有二个坑： 1，三相电的电功率计算方法 2，THDi的含义 先说三相电的电功率 变压器变比为10/0.4 kV，这个0.4kV，应是输出线电压。三相电的功率： 这样就可以算出变压器输出任一相的电流（Irms) η=0.8，则：2000*0.8=1600kVA(输出视在功率） Irms=1600/(1.732*400)=2309A（输出的总电流） THDi=0.35代入下式，就得到了功率因数=0.944 算出基波电流=2309*0.944=2179A 根据THD的定义，就可以算出谐波电流：2179*0.35=762.9 这个结果与示例一致，这里写的演算应是该文作者的思路了。 网上也有一个谐波治理的案例，通过电流质量分析仪，可以得到电流中谐波的构成。 胡家斌：某通讯公司某市枢纽中心机房谐波治理工程 治理前后电流波形对比 治理前后的具体指标的变化 治理前后，电流成分分析对比。红圈中主要谐波成份及有效值，治理后此部分基本消失。

  1、 谐波的定义： 基波：指频率为F的正弦波 谐波：指频率为F正整数倍的正弦波 (几次谐波指的是谐波的频率是F的倍数)   2、 谐波的产生原因： 非线性负载在交流通路时（充放电、开关等过程），产生谐波；电网中由于存在阻抗，其本身就有波形的失真。 下面是几种常见非线性负载产生的谐波：   （可控硅产生大量的5次、7次、11次、13次谐波）   1、  几种谐波造成的不良现象 敏感器件收到谐波干扰，计算出错等故障 保护装置异常动作 伺服电机产生脉动， 交流电机产生震动、噪音增大 照明或显示设备产生闪烁 线路产生干扰，信号或通讯产生错误 电网中产生无用功，耗电量增大 2、 谐波的抑制 对于小于30KVA的UPS一般采用PFC（功率因数校正）功能 对于大功率的UPS，根据不同需要可采用以下几种方法： 非补偿式LC谐波滤波器 补偿式LC谐波滤波器，分为带接触器和不带接触器两种 12脉冲桥整流器 THM主动式谐波滤波器   通过以上描述，就可以知道类似电机振动的产生原因，已经抑制方法。这篇文章就是个入门，抑制谐波的具体办法，还需要慢慢摸索，总结经验。

补偿及减小谐波的解决方案 虽然限制产生谐波电流的标准正在考虑之中，今天的谐波控制主要依赖于补救方法。补偿或减小电力系统谐波可以采取多种手段，其效果和效率各不相同。 增大中性线配线规格 现代设施中，中性线的配线容量规格常常要求与电力配线相同或更大——尽管电力规范允许减小其规格。支持多台个人电脑 ( 比如呼叫中心 ) 的设计应规定中性线配线超过相线规格 1.73 倍。对办公室隔间里的配线尤其要多加注意。需要指出的是，这种方法可以保护建筑物配线，但不能保护变压器。   使用单独的中性导线 在三相分支电路上，要单独为每根相线导线敷设中性导线，取代多线分支电路共用一条中性导线的做法。这样可以增大分支电路处理谐波负载的容量和能力。这种方法可以有效抑制分支电路中性线上谐波增大，但配电板中性母线和馈电中性导线仍须考虑。 使用不会受谐波影响的直流电源 在典型数据中心里，配电系统通过一台变压器把 480V 交流市电转换为对服务器机架馈电的 208V 交流电。每台服务器中的一个或几个电源再把该交流电转换为供服务器内部组件使用的直流电压。   这些内部电源能效不高，它们产生大量热，增加了房间的空调系统的工作量以及运转成本。热耗散也限制了一个数据中心里能容纳的服务器数量。选择使用直流电来消除这一环节是值得的。   根据《能源与电力管理》杂质中一篇文章的说法，“配备直流电源而非交流电源的计算机和服务器产生的热量下降 20%~40% ，功耗降低 30% ，提高了服务器的可靠性和安装灵活性，也减少了维护需求。”   听起来不错，但综合考虑成本、兼容性、可靠性和效率时，弃交流电不用而选择直流电对多数数据中心来说并不可行。交流电——尽管其效率略低——但对现有设备是普遍可以接受的。   此外，目前尚无针对数据中心高电压点的保险商实验室 (UL) 安全标准，而针对交流系统的标准则十分成熟。这意味着安全风险胜过了直流电的潜在效益，至少目前是这样。   在配电元件中使用 K 级变压器 标准变压器不是针对非线性负载产生的高谐波电流而设计的。当连接这些负载时会过热并过早发生故障。当谐波开始以具有有害影响的程度引入电气系统中时 (circa 1980) ，该行业的应对措施是开发了 K 级变压器。 K 级变压器不是用于消除谐波，而是用于处理谐波电流产生的热量。   K 系数额定值范围在 1 到 50 之间。针对线性负载设计的标准变压器 K 系数为 1 。 K 系数越高，变压器能够承受谐波电流产生的热量越多。选择正确的 K 系数非常关键，因为它对成本、效率和安全性都有影响。   K 系数较高的变压器一般比 K 系数较低的变压器更大，因此要根据数据中心的谐波曲线选择合理的 K 系数，从而在尺寸、效率和耐热能力之间取得最佳平衡。   带 K-13 级变压器 ( 和大尺寸中性线 ) 的配电单元 (PDU) 可以有效地处理谐波电力。带 K20 级变压器的配电单元很常见，但对于多数现代数据中心来说过大。   使用谐波减缓式变压器 K 级干式变压器在电气环境中广泛使用——包括 PDU 中或作为备用单元。但变压器设计中的最新进步可以在减小谐波电压失真和功率损耗方面提供更好的性能。   谐波减缓式变压器 (HMT) 用于处理电气系统的非线性负载。该变压器利用电磁减轻技术专门处理三倍序号 ( 第 3 、 9 、 15 … ..) 谐波。变压器的二次绕组用于抵消零序通量并消除一次绕组环流。该变压器也通过使用相转移处理第 5 和第 7 谐波。   利用这两种电磁技术， HMT 允许负载按照其厂家设计的方式工作，同时将谐波对能耗和失真的影响降至最低。多数 HMT 超过了 NEMA TP-1 效率标准，即使在使用 100% 非线性负载进行检测时。只要规定了 K 级变压器，等效 HMT 就可以作为直接代用品。   使用 HMT 的主要优点 防止非线性负载造成的电压平顶 减小上游谐波电流 消除变压器过热和工作温度过高 消除一次绕组环流 通过减少谐波损耗达到节能 维持高能效，即使在非线性负载较为严重的情况下 处理 K 级变压器不能解决的电力质量谐波问题 适合 K 系数较高的负载，而不会增大涌入电流 提高功率因数 其他谐波减轻方法 首次设计数据中心时， HMT 是变压器的首选。然而，如果现有数据中心存在谐波问题，可使用锯齿形自动变压器限制三倍序号谐波及第 5 、第 7 谐波的影响。   锯齿形自动变压器是一种只有一次绕组而没有二次绕组的中性形成变压器。每个铁芯有两个一次绕组，它们按相反方向绕线，对正常相电流提供了较高的阻抗。                         当靠近负载放置时，锯齿形自动变压器可以捕获三倍序号谐波。这种自动变压器的规格必须大到足以处理谐波。三倍序号谐波将仅限于自动变压器和该负载，从而防止上游配电设备遇到谐波。然而，自动变压器不能用于把电压改为与电源 ( 电压 ) 不同的水平。   可以通过上述自动变压器与一条二次馈线并联来消除三倍序号谐波、第 5 、第 7 谐波。这条馈线一般由不同电源供电。自动变压器和这条二次相转移电源一起共同捕获三倍序号谐波、第 5 、第 7 谐波。这种应用相当棘手，因为这两个电源都要承载平衡负载，才能有效捕获三倍序号谐波、第 5 、第 7 谐波。   但这两种应用对于消除有害谐波十分有效。然而，安装单台谐波减轻变压器是防止有害谐波影响配电设备最具成本效益的方法。   小结 谐波电流对配电系统极其馈电的设施具有重大影响。在规划系统扩建或改造时一定要考虑谐波的影响。此外，确定非线性负载的规模和位置也是所有维护、故障排除和修理计划的重要组成部分之一。  

好文分享!作者不详 谐波是指正常电流波形的一种失真，一般是由非线性负载发射的。开关模式电源 (SMPS) 、调速电机及驱动、复印机、个人电脑、激光打印机、传真机、电池充电器以及 UPS 等都属于非线性负载。单相非线性负载在现代办公大楼中较为常见，而三相非线性负载则普遍存在于工厂和工业车间里。   多数配电系统上的大部分非线性电力负载来自 SMPS 设备。比如，所有计算机系统使用 SMPS 把市电交流电压转换为供内部电子设备使用的稳定低压直流电。这些非线性电源会产生高振幅短脉冲电流，造成电流和电压波形严重失真——谐波失真，一般按总谐波失真 (THD) 衡量。该失真向后传播回到电源系统，将影响连接在同一电源上的其他设备。   多数电力系统可以容忍一定程度的谐波电流，但当谐波在总负载中所占比例较为明显时就会出现问题。随着这些频率较高的电流流经电力系统，它们会造成通信错误、过热和硬件受损，比如： 配电设备、电缆、变压器、备用发电机等过热 谐波阻抗造成的高电压和环流 发热并浪费电能的高中性线电 因电压失真严重导致设备故障 增大了连接设备中的内部能耗，造成元器件失效并缩短使用寿命 支路断路器伪跳闸 计量错误 配线和配电系统失火 发电机失效 高振幅系数及有关问题 降低系统功率因数，导致可用功率减小 (kW 对 kVA) 和每月电费处罚   谐波技术概览 谐波是频率达基频整数倍的电流或电压。如果基频为 60Hz ，那么第 2 谐波为 120 Hz ，第 3 谐波为 180 Hz 等 ( 见图 1) 。当谐波频率占主导时，配电盘和变压器会与高频谐波产生的磁场形成机械共振。发生这种情况时，配电盘或变压器会振动并针对不同谐波频率发出蜂鸣声。第 3 到第 25 谐波频率是配电系统中最为常见的频率范围。 　　             图 1 电流波形的谐波失真 所有周期波都会随各种频率的正弦波产生。傅里叶定律把一个周期波分解为其分量频率。   谐波分量：较大的第 1 谐波 ( 基频 ) 较小的第 5 谐波 略大的第 7 谐波 图 2 由基频、第 5 和第 7 谐波组成的失真波形     信号的总谐波失真是衡量谐波失真的指标，它被定义成所有谐波分量的功率总和与基频的功率之比。它描述了电压或电流信号的失真程度 ( 见图 3) 。 图 3 总谐波失真