目前,虽然各类稳压设备正逐步更新换代,但是仍然没有阻拦住谐波的恣意破坏;相反,随之而来的谐波危害却越来越不可忽视。因此,很有必要对谐波的产生和危害性进行定性分析,以便加深认识,扬弃并举,在抑制谐波危害的同时,充分发挥其有利方面。
1谐波的危害
谐波的危害要从我国的配电体制谈起。我国一直采用50Hz交流供电制式,在稳压保护的过程中,很少考虑到谐波的危害。这样一来为谐波的产生和延续提供了条件,使得谐波相互作用,一方面损坏电器,另一方面消耗大量电能。表1为50Hz交流供电体制下的正序、负序和零序谐波的分类。
表1谐波分类
谐波次数2 3 4 5 6 7 8 9 10
频率(Hz)100 150 200 250 300 350 400 450 500
相序-0+-0+-0+
正是由于各种谐波的存在,使50Hz的正弦交流电发生波形畸变,影响了正常的工作。在三相四线供电变压器中,3次整数倍的谐波代数叠加,感应到变压器一次侧,造成线圈过热,同时使中线电流过大,发热,甚至烧坏。在电机运行过程中,谐波使交流电压波形严重失真,烧坏电机。在无功补偿电路中,谐波会形成谐振,烧坏电容柜。在日常生活中,日光灯灯管被烧坏,起辉器无法启动等情况都是由谐波造成的。
除了对电路造成危害之外,谐波的存在,也使配电功率因数的提高受到制约。利用电容补偿电路提高功率因数时,不可避免地带来谐波的负面影响。如果谐波次数较高,无功补偿电容很可能被击穿。
2谐波的定性分析
各次谐波在电路中的作用是不相同的,现对谐波常见的两种作用效果进行定性分析,找出原因,加以抑制。
2.1谐波的叠加特性
谐波的叠加与相序有关。在同一电路中,有些谐波相互作用时,相互减弱或相互抵消,但是,更多的场合往往相互叠加,使波形发生明显的畸变。例如,仅有3次谐波出现时,波形如图1所示;当3次、5次谐波同时出现时,就会使正弦波明显地发生了变化,如图2所示。
图1u1、u3及其叠加波形
图2u1、u3、u5及其叠加波形
如果继续叠加,正弦波就会发生质的变化。方波可用傅里叶级数展开如下式。
ui=4Um[sin2πft+(sin6πft)/3+(sin10πft)/5
+…+(sin2kπft)/k〗/π(1)
其中,ui为叠加之后的电压,Um为基波振幅,f为基波的频率50Hz,k=1、3、5……为奇数。
当然,其它种类的谐波叠加的情况也很多,如锯齿波就含有一系列的偶次谐波(见图3)
图3锯齿波波形