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電網(wǎng)上同時(shí)存在著諧波電流和諧波電壓,諧波電流與諧波電壓之間的關(guān)系是很多人感到迷惑的問(wèn)題。
首先需要搞清楚諧波電壓與諧波電流的因果關(guān)系。
諧波電流是非線(xiàn)性負(fù)載產(chǎn)生的,這些非線(xiàn)性負(fù)載從電源吸取非正弦波的電流,這些非正弦波電流中包含了諧波電流。
諧波電流流過(guò)線(xiàn)路阻抗時(shí),在線(xiàn)路的兩端產(chǎn)生了諧波電壓(歐姆定律),諧波電壓是由諧波電流產(chǎn)生的。打個(gè)比方,諧波電流是蛋,在一定條件下(線(xiàn)路存在阻抗),孵化出了諧波電壓這個(gè)雞,(困惑我們的可能還有先有蛋還是先有雞)如圖2-1所示
如果特定的配電系統(tǒng)對(duì)于N次諧波電流的阻抗為Z-N,諧波電流IN在配電系統(tǒng)上產(chǎn)生的諧波電壓VN為:VN=IN*ZN式中:電網(wǎng)阻抗ZN包括了變壓器的阻抗和配電線(xiàn)的阻抗,如圖2-1:
這里所說(shuō)的阻抗包含了電阻和電抗兩部分,電抗部分包含了電感的感抗,和電容的容抗。按照這個(gè)概念,將上圖進(jìn)一步細(xì)化,就得到了下圖所示的網(wǎng)絡(luò)
圖中的各元素的含義如下:
L1:變壓器繞組電感
R1:變壓器繞組電阻
L2:配電線(xiàn)路分布電感,大約每米1μH
R2:配電線(xiàn)路分布電阻
C1:變壓器繞組電容+補(bǔ)償電容,有系統(tǒng)有補(bǔ)償電容時(shí),可以忽略繞組的電容。
C2:配電線(xiàn)路分布電容:大約每米100pf,當(dāng)系統(tǒng)有補(bǔ)償電容時(shí),由于其數(shù)值很小,可以忽略。
如果不考慮系統(tǒng)有補(bǔ)償電容的情況,并且僅考慮諧波電流(頻率較低),則可以忽略C1、C2;這時(shí)系統(tǒng)的阻抗可以簡(jiǎn)化為:
Z=R1+R2+Jω(L1+L2)
式中:ω為電流的角頻率,等于2πf,f是電流頻率
從上式可以看出,配電線(xiàn)路對(duì)于基波和諧波,以及不同次數(shù)的諧波具有不同的阻抗值,諧波的次數(shù)越高,阻抗值越大。
電網(wǎng)的阻抗越高,同樣的諧波電流產(chǎn)生的諧波電壓越大。
需要特別注意的是,配電線(xiàn)路的感抗是不容忽視的。
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的電網(wǎng)(提供純凈50hz電壓),其上產(chǎn)生的諧波電壓是由非線(xiàn)性負(fù)載發(fā)出的諧波電流產(chǎn)生的,同樣的諧波電流在不同的條件下產(chǎn)生的諧波電壓不同,電源越弱(包括小容量的變壓器、自備發(fā)電機(jī)、UPS電源等),產(chǎn)生的諧波電壓越大;距離電源(變壓器、發(fā)電機(jī)、UPS等)越遠(yuǎn),諧波電壓越大。有些諧波問(wèn)題僅在使用應(yīng)急電源時(shí)才暴露出來(lái)。
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