1、諧波基礎(chǔ),Online WEB Training Module Revision 002,討論課題,集中討論: 理想的和畸變的波形 諧波定義 時(shí)域/頻域分析 THiD的計(jì)算 產(chǎn)生諧波的負(fù)載 標(biāo)準(zhǔn)和推薦 諧波抑制技術(shù) 軟件工具,理想波形,公共電網(wǎng)上理想的交流波形，50Hz或60Hz取決于國(guó)家和地區(qū),理想波形,公共電網(wǎng)上理想的交流波形，50Hz或 60Hz 取決于國(guó)家和地區(qū) 由于產(chǎn)生方式的緣故,交流波形振幅相等，正負(fù)交替出現(xiàn)。 然而，實(shí)際上交流波形要受到很多擾動(dòng),電源擾動(dòng),通常電網(wǎng)要經(jīng)受巨大的負(fù)載變化，由此引起電壓波形的很大改變 電網(wǎng)遭受擾動(dòng)的原因可追溯到電氣開關(guān)線路直至閃電,電源擾動(dòng),通常電網(wǎng)要

2、經(jīng)受巨大的負(fù)載變化，由此引起電壓波形的很大改變 . 電網(wǎng)遭受擾動(dòng)的原因可追溯到電氣開關(guān)線路直至閃電,電壓 波動(dòng),電壓 下降,電源 中斷,電壓上升,瞬間 過(guò)電壓,諧波 畸變,晶閘管開關(guān),頻率 波動(dòng),電源擾動(dòng),通常電網(wǎng)要經(jīng)受巨大的負(fù)載變化，由此引起電壓波形的很大改變 電網(wǎng)遭受擾動(dòng)的原因可追溯到電氣開關(guān)線路直至閃電 諧波畸變?cè)斐呻妷汉碗娏鞑ㄐ沃貜?fù)和連續(xù)地變形 所有的擾動(dòng)都使得實(shí)際波形和理想的正弦波形背離,電壓 波動(dòng),電壓 下降,電源 中斷,電壓上升,瞬間 過(guò)電壓,諧波 畸變,晶閘管開關(guān),頻率 波動(dòng),討論課題,The Ideal vs. Distorted Waveform. 諧波定義 Time Do

3、main / Frequency Domain Analysis Calculation of THiD Harmonic Producing Loads Standards and Recommendations Harmonic Mitigation Techniques Software Tools,諧波定義,對(duì)于一個(gè)周期信號(hào)來(lái)說(shuō)，原來(lái)的理想的頻率是 “基波頻率“.,諧波定義,對(duì)于一個(gè)周期信號(hào)來(lái)說(shuō)，原來(lái)的理想的頻率是 “基波頻率“. “諧波” 是一個(gè)周期性信號(hào)的組成部分，它本身是:“一個(gè)周期性的正弦信號(hào)其頻率是基波頻率的整數(shù)倍”.,諧波定義,對(duì)于一個(gè)周期信號(hào)來(lái)說(shuō)，原來(lái)的理想的頻率是 “基

4、波頻率“. “諧波” 是一個(gè)周期性信號(hào)的組成部分，它本身是:“一個(gè)周期性的正弦信號(hào)其頻率是基波頻率的整數(shù)倍”. 因此， 在公共配電系統(tǒng)中:一個(gè) nth諧波的頻率是: fn = n X 50Hz or fn = n X 60Hz,諧波定義,對(duì)于一個(gè)周期信號(hào)來(lái)說(shuō)，原來(lái)的理想的頻率是 “基波頻率“. “諧波” 是一個(gè)周期性信號(hào)的組成部分，它本身是:“一個(gè)周期性的正弦信號(hào)其頻率是基波頻率的整數(shù)倍”. 因此， 在公共配電系統(tǒng)中:一個(gè) nth諧波的頻率是: fn = n X 50Hz or fn = n X 60Hz基波頻率. 1st 諧波 2nd 諧波 3rd 諧波 4th 諧波f1 = 50Hzf2

5、= 100Hzf3 = 150Hzf4 = 200 Hzf1 = 60Hzf2 = 120Hzf3 = 180Hzf4 = 240 Hz,討論課題,The Ideal vs. Distorted Waveform. Definition of Harmonics 時(shí)域 / 頻域分析 Calculation of THiD Harmonic Producing Loads Standards and Recommendations Harmonic Mitigation Techniques Software Tools,時(shí)域圖,在電氣工程中, “時(shí)域” 一詞用于描述電氣信號(hào)和時(shí)間關(guān)聯(lián)的分析,時(shí)

6、域圖,在電氣工程中, “時(shí)域” 一詞用于描述電氣信號(hào)和時(shí)間關(guān)聯(lián)的分析 下面圖示是一個(gè)理想的沒(méi)有受到畸變的交流電壓和電流的信號(hào)。信號(hào)隨時(shí)間 在正負(fù)之間等幅波動(dòng)。,時(shí)域圖,在電氣工程中, “時(shí)域” 一詞用于描述電氣信號(hào)和時(shí)間關(guān)聯(lián)的分析 下面圖示是一個(gè)理想的沒(méi)有受到畸變的交流電壓和電流的信號(hào)。信號(hào)隨時(shí)間 在正負(fù)之間等幅波動(dòng)。,頻域圖,頻域圖顯示了組成一個(gè)電氣信號(hào)的各頻率的幅值,時(shí)域圖,頻域圖顯示了組成一個(gè)電氣信號(hào)的各頻率的幅值 我們采用傅立葉級(jí)數(shù)變換創(chuàng)建頻域圖,頻域圖,頻域圖顯示了組成一個(gè)電氣信號(hào)的各頻率的幅值 我們采用傅立葉級(jí)數(shù)變換創(chuàng)建頻域圖,時(shí)域,頻域,傅立葉級(jí)數(shù)變換,諧波解析演示,我們現(xiàn)在來(lái)看

7、一下一個(gè)將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻域信號(hào)的演示Harmonic Illustrator,諧波階次,f1, f2, f3 等. 即 “諧波次數(shù)” 諸如二極管半波整流那樣的負(fù)載才會(huì)產(chǎn)生偶次諧波,諧波階次,f1, f2, f3 等， 即 “諧波次數(shù)” 諸如二極管半波整流那樣的負(fù)載才會(huì)產(chǎn)生偶次諧波 單相AC諧波產(chǎn)生負(fù)載,產(chǎn)生奇次諧波,諧波階次,f1, f2, f3 等. 即 “諧波次數(shù)” 諸如二極管半波整流那樣的負(fù)載才會(huì)產(chǎn)生偶次諧波 單相 AC諧波產(chǎn)生負(fù)載, 產(chǎn)生奇次諧波 理想的三相 AC 諧波負(fù)載通常每相產(chǎn)生的電流相等。因此，能被3除盡的諧波 次數(shù)是不出現(xiàn)的。,頻域分析的工具,在工業(yè)領(lǐng)域電氣工程中，最通用的

8、工具是 “頻譜分析儀” Spectrum Analyzer,頻域分析的工具,在工業(yè)領(lǐng)域電氣工程中，最通用的工具是 “頻譜分析儀” 現(xiàn)代的示波器都具有簡(jiǎn)單的頻譜分析儀功能作為標(biāo)配 Spectrum Analyzer,頻域分析的工具,在工業(yè)領(lǐng)域電氣工程中，最通用的工具是 “頻譜分析儀” 現(xiàn)代的示波器都具有簡(jiǎn)單的頻譜分析儀功能作為標(biāo)配 更高級(jí)的分析儀能檢測(cè)出更廣范圍的頻率，這對(duì)于電子線路和電子干擾的高 頻分析是非常有用的 頻譜分析儀,頻域分析的工具,在工業(yè)領(lǐng)域電氣工程中，最通用的工具是 “頻譜分析儀” 現(xiàn)代的示波器都具有簡(jiǎn)單的頻譜分析儀功能作為標(biāo)配 更高級(jí)的分析儀能檢測(cè)出更廣范圍的頻率，這對(duì)于電子線

9、路和電子干擾的高 頻分析是非常有用的 其它的一些儀器含有測(cè)量電氣畸變的專用功能，像三相系統(tǒng)中的諧波測(cè)量， 這種儀器稱為 “電源質(zhì)量分析儀” 頻譜分析儀 電源質(zhì)量分析儀,討論課題,The Ideal vs. Distorted Waveform. Definition of Harmonics Time Domain / Frequency Domain Analysis THiD的計(jì)算 Harmonic Producing Loads Standards and Recommendations Harmonic Mitigation Techniques Software Tools,“基波電

10、流” 指的是以基本頻率運(yùn)作的電流 I(h1) (例: f1 = 100 A) “總的諧波電流畸變 ”指的是所有諧波電流對(duì)基波電流的比值,總的諧波電流畸變 THiD,總的諧波電流畸變 THiD,諧波畸變的其它測(cè)量,畸變信號(hào)的RMS電流. 電流和電壓峰值. THvD 總的l諧波電壓畸變. TDD 總的要求畸變和最大負(fù)載電流關(guān)聯(lián). PWHD 部分加權(quán)畸變和指定的諧波范圍關(guān)聯(lián).,討論課題,The Ideal vs. Distorted Waveform. Definition of Harmonics Time Domain / Frequency Domain Analysis Calculatio

11、n of THiD 產(chǎn)生諧波的負(fù)載 Standards and Recommendations Harmonic Mitigation Techniques Software Tools,產(chǎn)生諧波的負(fù)載,諧波主要是由于連續(xù)不斷地向負(fù)載替工非正弦的電流而產(chǎn)生的,產(chǎn)生諧波的負(fù)載,諧波主要是由于連續(xù)不斷地向負(fù)載提供非正弦的電流而產(chǎn)生的. 諧波負(fù)載包括: 鎮(zhèn)流器/ 瑩光燈 & 計(jì)算機(jī)電源 不間斷電源 (UPS) & 變頻器 整流單元及其充電線路 弧焊機(jī) & 3相機(jī)器,產(chǎn)生諧波的負(fù)載,諧波主要是由于連續(xù)不斷地向負(fù)載提供非正弦的電流而產(chǎn)生的 諧波負(fù)載包括: 鎮(zhèn)流器/ 瑩光燈 & 計(jì)算機(jī)電源 不間斷電源 (

12、UPS) & 變頻器 整流單元及其充電線路 弧焊機(jī) & 3相機(jī)器 有諧波的負(fù)載電流波形例子,電流和電壓畸變,電流畸變影響負(fù)載級(jí)性能 I*Z=V,電流和電壓畸變,電流畸變影響負(fù)載級(jí)性能 I*Z=V 電壓畸變影響影響系統(tǒng)級(jí)性能 非線性負(fù)載的諧波電流以及系統(tǒng)短路阻抗是計(jì)算電壓畸變必需的 。僅僅知道負(fù)載性能是不能夠預(yù)報(bào)電壓畸變的,電流和電壓畸變,電流畸變影響負(fù)載級(jí)性能 I*Z=V 電壓畸變影響影響系統(tǒng)級(jí)性能 非線性負(fù)載的諧波電流以及系統(tǒng)短路阻抗是計(jì)算電壓畸變必需的。僅僅知道負(fù)載性能是不能夠預(yù)報(bào)電壓畸變的。. 背景電壓畸變也和系統(tǒng)級(jí)性能相關(guān) 。和二級(jí)變壓器電壓畸變一樣。背景畸變可能是其它遠(yuǎn)處的能量消費(fèi)者

13、引起的，經(jīng)常有一點(diǎn) (0.5 - 3%).,電流畸變引起的問(wèn)題 變壓器過(guò)載和噪音. 繼電器和斷路器跳閘. 功率因數(shù)補(bǔ)償電容振蕩. 串行安裝設(shè)備老化. 電纜過(guò)熱和絕緣壓力. 變壓器過(guò)熱和絕緣壓力.,電流畸變,電壓畸變引起的問(wèn)題 電氣設(shè)備誤動(dòng)作 電氣設(shè)備誤剎車 電磁干擾 (EMI)增加 市電直接驅(qū)動(dòng)的電機(jī)損耗增加 市電直接驅(qū)動(dòng)的電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng) 誤動(dòng)作增加,電壓畸變,討論課題,The Ideal vs. Distorted Waveform. Definition of Harmonics Time Domain / Frequency Domain Analysis Calculation of T

14、HiD Harmonic Producing Loads 標(biāo)準(zhǔn)和推薦 Harmonic Mitigation Techniques Software Tools,EMC 指令,Radiated EN61000-4-3 ( 801000MHz),Conducted emission EN55011 (0,15-30MHz),Radiated emission EN55011 (30 -1000MHz ),Conducted RF-CM EN61000-4-6 (0,15-80MHz),Harmonic distortion EN61000-3- 2/4/12,發(fā)射 / 免疫,電磁兼容性 (EMC

15、) 諧波規(guī)范在IEC 61xxx-x-x中是EMC規(guī)范組的一部分.,Low frequency EN61000-2-2/4,EMC 指令,Radiated EN61000-4-3 ( 801000MHz),Conducted emission EN55011 (0,15-30MHz),Radiated emission EN55011 (30 -1000MHz ),Conducted RF-CM EN61000-4-6 (0,15-80MHz),Harmonic distortion EN61000-3- 2/4/12,Emissions / Immunity,電磁兼容性 (EMC) 諧波規(guī)范

16、在IEC 61xxx-x-x中是EMC規(guī)范組的 一部分 擾動(dòng)段/干涉段之間沒(méi)有嚴(yán)格界線 諧波的幅值在低頻段是最高的 我們需要了解整個(gè)頻率范圍, 某些治理諧波 設(shè)備的措施就是將麻煩從低頻段移向高頻段,Low frequency EN61000-2-2/4,Note: Only IEC norms is mentioned here! Others are sometime to be fulfilled,M,M,M,供電局級(jí) EN 50160 系統(tǒng)電壓要求,標(biāo)準(zhǔn)和推薦,M,M,M,供電局級(jí) EN 50160 系統(tǒng)電壓要求 銷費(fèi)者/系統(tǒng)級(jí) IEEE519 G5/4 = “EN61000-3-2/1

17、2 = 400V” (THiD to 50th. Rsce 或 Isc 決定, 需要背景諧波調(diào)查, 15-30 分鐘測(cè)試),標(biāo)準(zhǔn)和推薦,M,M,M,供電局級(jí) EN 50160 系統(tǒng)電壓要求 銷費(fèi)者/系統(tǒng)級(jí) IEEE519 G5/4 = “EN61000-3-2/12 = 400V” (THiD to 50th. Rsce 或 Isc 決定, 需要背景諧波調(diào)查, 15-30 分鐘測(cè)試) EN61000-2-2 / 4 (THiD to 50th. Rsce 決定),標(biāo)準(zhǔn)和推薦,M,M,M,供電局級(jí) EN 50160 系統(tǒng)電壓要求 銷費(fèi)者/系統(tǒng)級(jí) IEEE519 G5/4 = “EN61000-3

18、-2/12 = 400V” (THiD to 50th. Rsce 或 Isc 決定, 需要背景諧波調(diào)查, 15-30 分鐘測(cè)試) EN61000-2-2 / 4 (THiD to 50th. Rsce 決定) 產(chǎn)品級(jí) EN61800-3 調(diào)速裝置 EN61000-3-2 =16A EN61000-3-1216 to 75A EN61000-3-416A (THiD 40th, 公共電網(wǎng), 2,5 分鐘測(cè)試,Rsce 決定),標(biāo)準(zhǔn)和推薦,討論課題,The Ideal vs. Distorted Waveform. Definition of Harmonics Time Domain / Fr

19、equency Domain Analysis Calculation of THiD Harmonic Producing Loads Standards and Recommendations 諧波抑制技術(shù) Software Tools,無(wú)源濾波器:,DC-電抗器,18-脈波,高級(jí)諧波濾波器,有源濾波器:,帶有PWM-整流的有源前端,有源濾波 & 低諧波變頻器,12-脈波,AC-電抗器,用于變頻器的諧波抑制技術(shù),AC & DC 電抗器,內(nèi)置DC-電抗器作標(biāo)配 電抗器內(nèi)的磁場(chǎng)重疊減少了畸變 提供了中等程度的抑制諧波性能. 大的RMS 電流減少 實(shí)踐/容易實(shí)現(xiàn) 高性價(jià)比.,AC-Inducto

20、rs,DC-Inductors,12 & 18 脈沖整流,眾所周知的技術(shù) 電力盡入整流部分之前首先經(jīng)過(guò)特殊 變壓器的相移以減少諧波. 提供相當(dāng)滿意的抑制性能 取決于高負(fù)載以及電網(wǎng)溫定性 為step-down/step-up 方案優(yōu)化 強(qiáng)壯性,12-pulse rectifier,18-pulse rectifier,12 & 18 脈沖整流,12p 目標(biāo)是減少 5th & 7th諧波, 以及成倍數(shù). 18p目標(biāo)是減少 5th, 7th, 11th & 13th諧波, 以及成倍數(shù).,12-pulse rectifier,18-pulse rectifier,無(wú)源濾波器,提供中等抑制性能 削減所有

21、的諧波, 不僅僅是低次諧波 使用在小功率場(chǎng)合是業(yè)主最佳的選擇 為丹佛斯變頻器特殊設(shè)計(jì)的產(chǎn)品: 高級(jí)諧波濾波器 AHF 010 - THiD 10% 高級(jí)諧波濾波器 AHF 005 - THiD 5%,無(wú)源濾波器(也被稱為諧波陷波濾波器）,有源濾波器,提供高的抑制性能 濾波器通過(guò)輸出與諧波等幅反相信號(hào)取消 諧波 負(fù)載和電網(wǎng)不平衡的寬容限 昂貴 消費(fèi)者/系統(tǒng)級(jí)（PCC安裝可能。組補(bǔ)償, 功率因數(shù)糾正和負(fù)載平衡糾正) 新的丹佛斯產(chǎn)品: 有源濾波器 AAF 低諧波驅(qū)動(dòng)器 - LHD,Active Filter,有源前端,在整流部分采用脈寬調(diào)制 (PWM) 提供高的抑制性能 負(fù)載和電網(wǎng)不平衡的寬容限 優(yōu)秀的電能再生能力 非常緊湊輕盈 昂貴,有源前端- AFE,價(jià)格比較,價(jià)格,性能,AC 或 DC 電抗器,DC+AC 電抗器,無(wú)電抗器,12脈波,18 脈波,有源濾波器 / 低諧波變頻器,諧波陷波.,有源前端,10% THiD 無(wú)源濾波器,5% THiD無(wú)源濾波器,無(wú)源濾波器,DC-Inductors AC-inductors,Advanced Harmonic Filters,有源濾波器:,PWM-rectifier Active Front End,Active filter,12 & 18-pulse,標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)置 實(shí)用的 / 容易,