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為什么LED燈是三次諧波的主要來(lái)源

返回列表來(lái)源:領(lǐng)步電能質(zhì)量發(fā)布時(shí)間:2023-12-29加入收藏關(guān)注:-

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      在商場(chǎng)及LED照明比較多的地方,經(jīng)常發(fā)現零線(xiàn)電流過(guò)大,大約等于相線(xiàn)電流,有時(shí)達到相線(xiàn)電流的1.7倍;傳統的電工理論告訴我們,當三相電路的負荷平衡時(shí),零線(xiàn)上的電流為零,或者很小。為什么現在這個(gè)理論不對了呢?其實(shí)這是因為3次及3次成倍數的諧波電流在零線(xiàn)上的疊加。下面就三次諧波產(chǎn)生的原因、危害及解決方法做一個(gè)詳細的分析。

一、三次諧波產(chǎn)生的原因

      三次諧波電流主要來(lái)自于單相整流電路。熟悉電路的人都知道,平滑電容的電壓被充電到交流電的峰值后,就維持在交流電峰值附近。當交流電的電壓低于電容上的電壓時(shí),電網(wǎng)上沒(méi)有電流流入負載。這時(shí),負載的電流由電容供給,隨著(zhù)輸出電流,電容的電壓開(kāi)始降低,在某個(gè)時(shí)刻,交流電的電壓會(huì )高于電容上的電壓,這時(shí),電網(wǎng)上才會(huì )有電流流入電容(給電容充電,使電容上的電壓升高)和負載中。因此,電網(wǎng)僅在接近電壓峰值的時(shí)刻向負載輸入電流,電流的形狀為脈沖狀。通過(guò)付立葉分析可知,這種脈沖狀的波形包含豐富的三次諧波成分。


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二、產(chǎn)生三次諧波的主要負載

當今社會(huì )幾乎所有的電子電路都需要用直流供電來(lái)工作,因此整流電路無(wú)處不在。其中對配電系統造成巨大影響的典型設備包括:

1. 通信設備、UPS電源、辦公自動(dòng)化設備

2. 大型醫療設備

3. 電視機為代表的家用電器,特別是變頻空調、電磁爐等

4. 節能燈、調光燈等照明設備

5. 大尺寸的LED屏幕

      電視機和計算機的電流為很窄的脈沖波,這是很典型的單相整流電路的電流波形,實(shí)際上,任何使用開(kāi)關(guān)電源作為直流電源的設備都會(huì )產(chǎn)生這種電流的波形。這是三次諧波電流的主要來(lái)源。

      目前大量使用的大尺寸LED屏幕,采用很多開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)供電,因此LED屏幕產(chǎn)生的3次諧波電流很大。調光燈通過(guò)控制可控硅的導通角來(lái)控制電壓的有效值。因此,他的電流也不是正弦波。節能燈也是目前常見(jiàn)的負載,他的電流也是脈沖狀的。實(shí)際上,現代建筑物中,節能燈導致的三次諧波電流已經(jīng)成為主要的危害。


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三、三次諧波引起的故障

1. 三次諧波引起變壓器過(guò)熱

      諧波電流在流過(guò)變壓器時(shí),會(huì )造成變壓器的損耗增加,從而導致變壓器的溫度過(guò)高。其中,三次諧波電流造成變壓器過(guò)熱的情況最為嚴重。當負載全部為信息設備和節能燈時(shí),變壓器的容量往往僅能達到銘牌上標稱(chēng)容量50%。

      變壓器的初級繞組溫度很高,盡管變壓器還沒(méi)有達到額定的功率。這是由于3次諧波電流在初級繞組中形成環(huán)流所致。

2. 三次諧波引起跳閘

      過(guò)流保護裝置意外動(dòng)作,雖然實(shí)際電流并沒(méi)有達到保護的閾值,這是由于包含3次諧波的電流在同樣有效值的條件下具有更大的峰值。

3. 三次諧波引起零線(xiàn)過(guò)熱

      零線(xiàn)電流超過(guò)相線(xiàn)電流,盡管3相的負荷平衡,往往導致零線(xiàn)過(guò)熱。造成零線(xiàn)過(guò)熱的原因就是零線(xiàn)電流過(guò)大。零線(xiàn)不同于相線(xiàn),他沒(méi)有過(guò)流保護裝置,因此在電流過(guò)大的情況下,不會(huì )進(jìn)行保護,只能任憑發(fā)熱。在一般配電系統中,零線(xiàn)的截面積并不比相線(xiàn)大(甚至更?。?,超過(guò)相線(xiàn)的電流必然會(huì )導致零線(xiàn)過(guò)熱;零線(xiàn)上沒(méi)有保險裝置,不能像相線(xiàn)那樣在過(guò)流時(shí)自動(dòng)斷開(kāi)。因此,零線(xiàn)上過(guò)大的電流必然導致零線(xiàn)過(guò)熱。


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四、解決三次諧波的辦法

      上述提到了三次諧波的產(chǎn)生以及三次諧波容易引起的故障,那么出現了三次諧波的問(wèn)題該如何解決?目前對于三次諧波的治理,效果比較明顯的方法有兩種:

1.有源濾波器(APF)

      當對電壓畸變率有較高的要求時(shí),可以使用有源濾波器。需要注意的是,有源濾波器僅對其安裝位置的上游有作用,對于下游負載沒(méi)有任何效果。因此要注意安裝的位置。不能安裝在變壓器的下端,這樣僅能夠降低變壓器的溫度,對于降低零線(xiàn)溫度沒(méi)有任何作用。

2.三次諧波零線(xiàn)濾波器

      如果對于電壓畸變率沒(méi)有嚴格的要求,僅是為了消除3次諧波電流的種種不良影響,使用零電流濾波器是性?xún)r(jià)比最高的方法。只要在變壓器的次級安裝一臺零線(xiàn)電流濾波器,就能夠減小零線(xiàn)90%以上的電流,保護整個(gè)系統免受三次諧波電流的危害,同時(shí)也相應減少相線(xiàn)的電流,達到節能的效果。

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