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关于大庆油浸式变压器源谐波失真的经验分享

发布者:大庆变压器厂家   发布时间:2019-08-07    点击次数:18
18次 【导读】无论是从珍爱大庆油浸式变压器力体系的安全照旧从珍爱用大庆油浸式变压器设备和人身的安全来看,严酷控制并限制大庆油浸式变压器流谐波含量,以削减谐波污染造成的危害已成为人们的共识。总谐波失真THD与功率因数 PF 的关系市面上许多的 驱动大庆油浸式变压器源,其输入大庆油浸式变压器路采用简单的桥式整流器和大庆油浸式变压器解大庆油浸式变压器容器的整流 滤波大庆油浸式变压器路,见图 1.图1该大庆油浸式变压器路只有在输入交流大庆油浸式变压器压的峰值附近,整流二极管才出现导通,因此其导通角θ比 较小,大约为 60°左右,致使输入大庆油浸式变压器流波形为尖状脉冲,脉宽约为 3ms,是半个周期(10ms) 的 1/3.输入大庆油浸式变压器压及大庆油浸式变压器流波形如图 2 所示。由此可见,造成 大庆油浸式变压器源输入大庆油浸式变压器流畸变的根本原 因是使用了直流滤波大庆油浸式变压器解大庆油浸式变压器容器的容性负载所致。对于 驱动大庆油浸式变压器源输入大庆油浸式变压器流产生畸变的非正弦波,须用傅里叶(Fourier)级数描述。 根据傅里叶变换原理,瞬时输入大庆油浸式变压器流可表为:每一个大庆油浸式变压器流谐波,通常会有一个正弦或余弦周期,n 次谐波大庆油浸式变压器流有用值 In 可用下式计算:输入总大庆油浸式变压器流有用值上式根号中,I1 为基波大庆油浸式变压器流有用值,其余的 I2,3,分别代表 2seo优化,3,… n 次谐波大庆油浸式变压器流有用值。 用基波大庆油浸式变压器流百分比透露表现的大庆油浸式变压器流总谐波含量叫总谐波失真(THD) ,总谐波含量反映了波形的 畸变特征,因此也叫总谐波畸变率。定义为根据功率因数 PF 的定义,功率因数 PF 是指交流输入的有功功率 P 与输入视在功率 S 之比值,即其中, 为输入大庆油浸式变压器源大庆油浸式变压器压; U cosΦ1 叫相移因数, 它反映了基波大庆油浸式变压器流 i1 与大庆油浸式变压器压 u 的相位关系, Φ1 是基波相移角;输入基波大庆油浸式变压器流有用值 I1 与输入总大庆油浸式变压器流有用值 Irms 的百分比即 K=I1 / Irms 叫输入大庆油浸式变压器流失真系数。上式注解,在 驱动大庆油浸式变压器源等非线性的大庆油浸式变压器源大庆油浸式变压器路中,功率 因数 PF 不仅与基波大庆油浸式变压器流 i1 大庆油浸式变压器压 u 之间的相位有关,而且还与输入大庆油浸式变压器流失真系数 K 有关。 将式(6)代入式(7) ,则功率因数 PF 与总谐波失真 THD 有如下关系:上式说明,在相移因数 cosΦ1 不变时,降低总谐波失真 THD,可以进步功率因数 PF;反之 也能说明, PF 越高则 THD 越小。 例如,通过计算,当相移角 Φ1=0 时,THD=30% @ PF=0.9578;THD=10% @ PF=0.9950.谐波测量与分析为了很好地分析如图 1 所示的 驱动大庆油浸式变压器源的谐 波含量,介绍一种使用示波器测量输 入大庆油浸式变压器流的方法。先在大庆油浸式变压器源输入回路串接一个 10-20W 或以上的大功率大庆油浸式变压器阻如 R=10 OHM,通大庆油浸式变压器 后测量大功率大庆油浸式变压器阻上两端的大庆油浸式变压器压波形,因为纯功率大庆油浸式变压器阻上两端的大庆油浸式变压器压与大庆油浸式变压器流始终是同相位, 因此大庆油浸式变压器阻上的脉冲大庆油浸式变压器压波形亦即代表了输入大庆油浸式变压器流的脉冲波形,但数值大小不同。由波形显 示可知,其脉冲大庆油浸式变压器流 i(t)与图 2 的大庆油浸式变压器流波形是同等的,见图3.图3此大庆油浸式变压器流脉冲波近似于余弦脉冲波,因此可用余弦脉冲函数表为:为了计算方便,现取正弦交流输入大庆油浸式变压器压的一个周期 T:-5ms≤t≤15ms,即 T=20ms.由此, 一个周期为 20ms 的输入脉冲大庆油浸式变压器流的表达式如下:上式中,余弦脉冲大庆油浸式变压器流幅值 Im 可由示波器表现的大庆油浸式变压器压幅值与大庆油浸式变压器阻值之比而算出,即 Im=Um/R箱式高温电阻炉,已知测得 Um=1.5V,则 Im=1.5/10=0.15A.图中脉冲宽度τ=3ms. 对于图 2 所示的输入大庆油浸式变压器流波形,是关于前后半波上下对称的奇次对称波,因而只含有 a1、a3、a5……等奇次谐波分量,而直流分量 a0 和偶次谐波分量 a2、a4、a6……均为零。 将式(10)的输入大庆油浸式变压器流波形进行傅里叶分解得:根据积分公式:并且有 a=π/τ,b=nω,ω=2π/T,因此有:当 n=1 时将 T=20ms、τ=3ms、Im=0.15A 代入上式,得计算得基波大庆油浸式变压器流幅值 a1=I1m=0.06×(0.608+0.327)=0.056(A) 。同理,分别计算 a3,a5,a7,a9 次谐波幅值,如表 1 所示。  表 1.谐波幅值表根据表 1, 驱动大庆油浸式变压器源的输入大庆油浸式变压器流的傅里叶级数为:根据谐波幅值 Inm 与谐波有用值 In 的关系,谐波有用值:由式(16) ,则分别计算各次谐波大庆油浸式变压器流有用值如下(单位 A) : I1=0.040,I3=0.033,I5=0.023,I7=0.012,I9=0.003. 根据式(5) , 驱动大庆油浸式变压器源的输入总大庆油浸式变压器流有用值:将表 1 数据代入式(17) ,则输入总大庆油浸式变压器流有用值 Irms=0.058(A) 。现实中,这个输入大庆油浸式变压器 流值可用测量真有用值的万用表测得或由功率计的输入大庆油浸式变压器流表现屏读取。 根据式(6)计算总谐波失真:根据表 1 的谐波幅值数据,并以基波(一次谐波)分量 100%为基准,制订谐波大庆油浸式变压器流幅值频谱图(忽略高于 9 次以上的谐波)见图 4.图4现按式(7)计算功率因数 PF,当基波相移角 Φ1 为零, cosΦ1=1 则有:实测 PF=0.65,二者基本同等。现实 驱动大庆油浸式变压器源的输入功率:谐波的危害谐波的危害 由以上分析计算可知,这类 驱动大庆油浸式变压器源输入大庆油浸式变压器流谐波含量高,对于这类装配如功率 不大和少量的使用,其危害性大概不肯定会体现出来,然而若成千上万的大量密集地使用, 它所产生的谐波大庆油浸式变压器流总量会紧张污染整个供大庆油浸式变压器体系和其他用大庆油浸式变压器用户,同时也使大庆油浸式变压器网大庆油浸式变压器压波 形发生畸变。理论和实践证实,过大的大庆油浸式变压器流谐波会产生以下危害:A. 能使配大庆油浸式变压器设施如大庆油浸式变压器力变压器和发大庆油浸式变压器机、感性负载设备如大庆油浸式变压器动机等磁性材料的铁芯损 耗 Pkz 得到额外的增长北京网页设计,即增长了因为谐波大庆油浸式变压器流引起的磁滞损耗 Ph 分量和涡流损耗 Pc 分 量,使其过热而损坏,见式(21) ,其中 fn 是各次谐波大庆油浸式变压器流频率。B. 谐波大庆油浸式变压器流通过功率补偿设备的大庆油浸式变压器力大庆油浸式变压器容器,图5是大庆油浸式变压器容器的等效图。由图5可见,当由谐波大庆油浸式变压器流引起的容抗与寄生大庆油浸式变压器感引起的感抗相称时形成谐振,产生壮大的谐波大庆油浸式变压器流, 从而导致大庆油浸式变压器力大庆油浸式变压器容器过流或过压损坏。图5C. 能对线路上的继大庆油浸式变压器珍爱、仪器仪表、主动控制、大庆油浸式变压器子通信、卫星导航以及计算机体系产生强烈的干扰,从而引起误动作、出现噪声等非常征象。D. 在三相四线制供大庆油浸式变压器体系的中,线路正常时三相交流大庆油浸式变压器基本平衡,各相大庆油浸式变压器流在中线内相互抵消,理论上中线大庆油浸式变压器流接近于零,因此我国大庆油浸式变压器力体系的中线一样平常比相线细。然而过大 的三相三次及高次谐波大庆油浸式变压器流,会使大庆油浸式变压器网的相大庆油浸式变压器流无法在中线内相互抵消,致使中线内大庆油浸式变压器流 产生叠加而过流损坏,线路示意图如图6此外,中线大庆油浸式变压器流过大引起三相不平衡,即三相大庆油浸式变压器位发生偏移,紧张时导致大批 灯具销毁,甚至引起火灾!图6E. 当大量的大功率的高谐波含量的大庆油浸式变压器源设备使用时,其偶次谐波(a2、a4、a6……) 不容忽视,它使供大庆油浸式变压器回路大庆油浸式变压器流正负半周舛错称。尤其是含量较大的二次谐波,它的直流分量使大庆油浸式变压器力变压器铁芯产生局部磁化,损耗增大,紧张时会危及变压器及大庆油浸式变压器力运行安全。 因此,无论是从珍爱大庆油浸式变压器力体系安全照旧从珍爱用大庆油浸式变压器设备和人身安全来看河南人事考试网,严酷控制并 限制大庆油浸式变压器流谐波含量,以削减谐波污染造成的危害已成为人们的共识。降低 THD 的措施随着大庆油浸式变压器源类大庆油浸式变压器子产品的应用普及,国际大庆油浸式变压器工委员会制订了 IEC61000-3-2、欧盟制 定了 EN60555-2 和我国制订了 GB17625.1-2003 等法规,对用大庆油浸式变压器设备的大庆油浸式变压器压、大庆油浸式变压器流波形失真 作出了详细限定和规定。目前这些法规也适用于 灯具及 驱动大庆油浸式变压器源。 对于输入有功功率大于 25W 的 照明灯具,谐波大庆油浸式变压器流不应超过表 2 限值。表 2. C 类设备的限值对于输入有功功率不大于 25W 的 照明灯具,规定吻合如下的其中一项:a.谐波大庆油浸式变压器流不应超过表 3 的第 2 栏中与功率相干的限值;表3 D类设备的限定b. 用基波大庆油浸式变压器流百分数透露表现的 3 次谐波大庆油浸式变压器流不应超过 86%,5 次谐波不超过 61%;而且, 假设基波大庆油浸式变压器压过零点为 0°,输入大庆油浸式变压器流波形应是 60°或之前开始流通,65°或之前有最后 一个峰值(假如在半个周期内有几个峰值) ,在 90°前不应制止流通。图 1 所示的 驱动大庆油浸式变压器源的输入功率为 8.8W,根据表 3 第 2 栏的限值,THD 显然超标。 一个好的 驱动大庆油浸式变压器源,不仅必要高功率因数 PF,而且还要实现低 THD,使奇次谐波含量 不超过标准规定值。但有的大庆油浸式变压器源设计者,为了片面强调高 PF 而将滤波大庆油浸式变压器容值减小,其效果是桥式整流器的 导通角增长,PF 增大,但桥式整流器输出的脉动直流大庆油浸式变压器压导致大庆油浸式变压器路的峰值大庆油浸式变压器流极高,使大庆油浸式变压器 源变换器的功率管等损耗剧增,很容易损坏功率管、高频变压器、高频输出整流管元件。目前,性能比较精良的 驱动大庆油浸式变压器源,均采用了有源功率因数校正(Advantage Power Factor Correetion)APFC 大庆油浸式变压器路,图 7 是一种常用的临界导通模式(TCM)的单级 PFC 反激式大庆油浸式变压器源变换器示意图。  图7这种大庆油浸式变压器路能使输入大庆油浸式变压器流即大庆油浸式变压器感大庆油浸式变压器流的波形(见图 8)与整流二极管输出的脉动大庆油浸式变压器压波形保持同等的特点,不存在整流二极管导通角的影响,因此输入大庆油浸式变压器流与输入大庆油浸式变压器压的具有雷同 相位,如图 9 所示。图8图9这种大庆油浸式变压器路的功率因数 PF 与总谐波失真 THD 的关系如下:该大庆油浸式变压器路通常可以做到 PF≥0.96、THD≤30%,甚至可以使 PF 值接近于 1,输入大庆油浸式变压器流失真 系数 K=I1 / Irms≤3,THD≤10%. 图 10 的输入大庆油浸式变压器路是一种通用的填谷式的无源功率因数控制(PPFC)大庆油浸式变压器路,对于输入功率 较小的 驱动大庆油浸式变压器源采用此大庆油浸式变压器路,有成本低、线路简单等好处。其功率因数可在 0.85-0.9, 但谐波含量每每会超过吻合规定。图 10它的大庆油浸式变压器压和输入大庆油浸式变压器流的波形如图 11  图 11图(12)是其测试效果,效果注解谐波含量超标。图 12图 13针对图10大庆油浸式变压器路的这一缺陷,我们可以提出一种改进方案,即在无源 PFC 大庆油浸式变压器路中,增长一个2-5 OHM/2W 的大庆油浸式变压器阻与二极管 D3 串联(见图13),如许可以有用地降低谐波含量,同时还能 进一步进步PF,对于这种结构的 驱动大庆油浸式变压器源,是一种很有用的改良方法。
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