繼上次我們說(shuō)到，工業(yè)企業(yè)用電諧波的危害有多大？用電損耗在哪里？

想必大家對諧波也有了一定的了解，因此我們對非線(xiàn)性用電設備產(chǎn)生的諧波的治理似乎也迫在眉睫。

在這里補充一下諧波治理的意義：

第一，治理諧波可以提高設備運行的可靠性，提高設備的使用壽命;

第二，諧波的治理可以減少諧波對公共電網(wǎng)的污染;

第二，治理諧波可以減少無(wú)功補償的諧振機率;

第三，治理諧波可以減少對通訊設備的干擾，提高通訊信號質(zhì)量。

顯然，從諧波的危害和治理諧波的意義兩個(gè)層面看，諧波治理對工業(yè)企業(yè)安全生產(chǎn)乃至長(cháng)期穩定發(fā)展都有著(zhù)不尋常的意義。

那今天，我們就繼續說(shuō)一說(shuō)后續治理問(wèn)題。

電網(wǎng)諧波來(lái)自于3個(gè)方面：

1、發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波：發(fā)電機由于三相繞組在制作上很難做到絕對對稱(chēng)，鐵心也很難做到絕對均勻一致和其他一些原因，發(fā)電源多少也會(huì )產(chǎn)生一些諧波，但一般來(lái)說(shuō)很少。

2、是輸配電系統產(chǎn)生諧波：輸配電系統中主要是電力變壓器產(chǎn)生諧波，由于變壓器鐵心的飽和，磁化曲線(xiàn)的非線(xiàn)性，加上設計變壓器時(shí)考慮經(jīng)濟性，其工作磁密選擇在磁化曲線(xiàn)的近飽和段上，這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結構形式、鐵心的飽和程度有關(guān)。鐵心的飽和程度越高，變壓器工作點(diǎn)偏離線(xiàn)性越遠，諧波電流也就越大，其中3次諧波電流可達額定電流0.5%。

3、是用電設備產(chǎn)生的諧波：晶閘管整流設備。由于晶閘管整流在電力機車(chē)、鋁電解槽、充電裝置、開(kāi)關(guān)電源等許多方面得到了越來(lái)越廣泛的應用，給電網(wǎng)造成了大量的諧波。我們知道，晶閘管整流裝置采用移相控制，從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，顯然在留下部分中含有大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路，在接感性負載時(shí)則含有奇次諧波電流，其中3次諧波的含量可達基波的30%;接容性負載時(shí)則含有奇次諧波電壓，其諧波含量隨電容值的增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋6脈整流器，變壓器原邊及供電線(xiàn)路含有5次以上奇次諧波電流;如果是12脈沖整流器，也還有11次及以上奇次諧波電流。經(jīng)統計表明：由整流裝置產(chǎn)生的諧波所占所有諧波的近40%，這是最大的諧波源。

電力系統中的諧波來(lái)自電氣設備，也就是說(shuō)來(lái)自用電設備。由于發(fā)電機的轉子產(chǎn)生的磁場(chǎng)不可能是完善的正弦波，因此發(fā)電機發(fā)生的電壓波形不可能是一點(diǎn)不失真的正弦波。目前我國應用的發(fā)電機有兩大類(lèi)：隱極機和凸極機。隱極機多用于汽輪發(fā)電機，凸極機多用于水輪發(fā)電機。

對于諧波分量而言，隱極機優(yōu)于凸極機，但隨著(zhù)科技進(jìn)步，可控硅、IGBT等電子勵磁裝置的投入，使發(fā)電機的諧波分量有所上升。當發(fā)電機的端電壓高于額定電壓的10%以上時(shí)，由于電機的磁飽和，會(huì )使電壓的三次諧波明顯增加。同樣在變壓器的電源側電壓超過(guò)額定電壓10%以上時(shí)，也會(huì )使二次側電壓的三次諧波明顯增加。由于電網(wǎng)電壓便宜在±7%以下，所以發(fā)電、變電設備產(chǎn)生的諧波分量都比較小，比國家的考核標準低的多，因此發(fā)電、變電設備不是影響電網(wǎng)電壓波形方面質(zhì)量的主要矛盾。

為此，影響電網(wǎng)電壓波形質(zhì)量的主要矛盾是非線(xiàn)性用電設備，也就是說(shuō)非線(xiàn)性用電設備是主要的諧波源，非線(xiàn)性用電設備主要有以下四大類(lèi)：

?電弧加熱設備：如電弧爐、電焊機等。

?交流整流的直流用電設備：如電力機車(chē)、電解、電鍍等。

?交流整流再逆變用電設備：如變頻調速、變頻空調等。

?開(kāi)關(guān)電源設備：如中頻爐、彩色電視機、電腦、電子整流器等。

這些用電設備都是非線(xiàn)性用電設備，但它們產(chǎn)生的諧波各不相同，具體舉例分析如下：

電弧加熱設備是由于電弧在70伏以上才會(huì )起弧，才會(huì )有弧電流，并且滅弧電壓略低于起弧電壓，造成弧電流與弧電壓的非線(xiàn)性。

此外，弧電流的波形還有一定的非對稱(chēng)性。正是由于弧電流是非正弦波，造成電弧加熱設備對電網(wǎng)的諧波污染比較大，而且多為18次以下的低次諧波污染。其實(shí)電焊機在上世紀四、五十年代已廣泛應用。由于當時(shí)電弧加熱設備量少，電焊機應用的同時(shí)率就更小了，對整個(gè)電網(wǎng)的影響比較小，但發(fā)現在燒電焊時(shí)，局部低壓電網(wǎng)的電壓和電流變化很大，有較大的諧波影響。

交流整流直流用電設備的諧波產(chǎn)生的原因是由于整流設備有一個(gè)閥電壓，在小于閥電壓時(shí)，電流為零。這類(lèi)用電設備為了提供平穩的直流電源，在整流設備中加入了儲能元件(濾波電容和濾波電感)，從而使閥電壓提高，加激了諧波的產(chǎn)生量。為了控制直流用電設備的電壓和電流，在整流設備中應用了可控硅，這使得該類(lèi)設備的諧波污染更嚴重，而且諧波的次數比較低。

交流整流再逆變用電設備，在交流變直流過(guò)程中產(chǎn)生的諧波與上述的交流整流直流用電設備一樣，它在直流逆變成交流時(shí)又有逆變波形反射到交流電流，這類(lèi)設備產(chǎn)生的諧波分量不僅有低次諧波，也有高次諧波。

雖然這類(lèi)設備單臺容量比上述兩類(lèi)設備容量要小，但它的分布面廣，數量多，是推廣使用的技術(shù)手段，因此它的諧波污染應引起足夠關(guān)注。

開(kāi)關(guān)電源設備應用很廣，它的工作原理是先把交流整流成直流，通過(guò)開(kāi)關(guān)管控制變壓器初級電流的開(kāi)通和關(guān)閉，從而在變壓器二次側感應出電流，供給用電設備。此外，開(kāi)關(guān)電源的頻率比較高一般在40KHz左右，不僅在整流時(shí)產(chǎn)生諧波，而且在開(kāi)關(guān)管開(kāi)閉時(shí)，反射40KHz左右的波至電源。這類(lèi)用電設備同樣是單臺容量不大，但它是應用面最大、量最大的非線(xiàn)性用電設備，它還有一定量的三次諧波，造成配變的中心線(xiàn)電流居高不下，而且三次諧波還會(huì )通過(guò)配變污染到10KV電網(wǎng)。

通過(guò)對市場(chǎng)的常用用電器的諧波狀況的測試，我們了解到目前我國國內工業(yè)企業(yè)的諧波污染十分嚴重，尤其是早些年為了節能，引入的變頻電源和直流用電器的投入，其5次、7次、11次諧波電流的含量分別占基波的20%、11%、6%，這對于小功率的用戶(hù)而言，還不怎樣，但對于大功率的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，危害就很大了，對于中頻爐用戶(hù)，它用常規的無(wú)功補償就無(wú)法進(jìn)行，有的用戶(hù)用常規的電容器無(wú)功補償，無(wú)法投入電容器，有的即便投入了，也對5次諧波電流放大了1.8~3.8倍以上，使得電動(dòng)機、變壓器等用電器的銅損、鐵損大大地增加，縮短了設備的使用壽命，多交了電費。

諧波的治理主要采用無(wú)源濾波裝置和有源濾波器。

1、無(wú)源濾波裝置主要采用LC回路，并聯(lián)于系統中，LC回路的設定，只能針對于某一次諧波，即針對于某一個(gè)頻率為低阻抗，使得該頻率流經(jīng)為其設定的LC回路，達到消除(濾除)某一頻率的諧波的目的。LC回路在濾除諧波的同時(shí)，在基波對系統進(jìn)行無(wú)功補償。這種濾波裝置簡(jiǎn)單，成本低，但不能濾波干凈。其主要元件為投切開(kāi)關(guān)、電容器、電抗器以及保護和控制回路。

2、有源電力濾波器。這種濾波器是用電力電子元件產(chǎn)生一個(gè)大小相等，但方向相反的諧波電流，用以抵銷(xiāo)網(wǎng)絡(luò )中的諧波電流，這種裝置的主要元件是大功率電力電子器件，成本高，在其額定功率范圍內，原則上能全部濾除干凈。

綜 述

無(wú)源濾波

有源濾波