整流电路的谐波和功率因数.ppt
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1、整流电路的谐波和功率因数,三、R、L负载时交流侧谐波和功率因数分析,二、谐波与功率因数分析的基础,四、整流输出电压和电流的谐波分析,五、抑制谐波与改善功率因数,一、谐波与功率因数的危害,许多电力电子装置要消耗无功功率,会对公用电网带来不利影响。 无功功率会导致电流增大和视在功率增加,导致设备容量增加。 无功功率增加,会使总电流增加,从而使设备和线路的损耗增加 使线路电压降增大,冲击性无功负载还会使电压剧烈波动,一、谐波与功率因数的危害,电力电子装置还会产生谐波,对公用电网产生危害。 谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗,降低发电、输电及用电设备的效率,大量的3次谐波流过中性线会使线路过热甚至发
2、生火灾 谐波影响各种电气设备的正常工作 谐波会引起电网局部的并联谐振和串联谐振 谐波会导致继电保护和自动装置的误动作 谐波会对邻近的通信系统产生干扰。,A.电网电压正弦波相电压波形畸变率极限,许多国家都发布了限制电网谐波的国家标准,或由权威机构制定限制谐波的规定。国家标准(GB/T14549-93)电能质量公用电网谐波从1994年3月1日起开始实施。,B.用户单台变流设备接入电网的允许容量,二、谐波和无功功率分析基础,1. 谐波 满足狄里赫利条件,可分解为傅里叶级数 基波(fundamental)在傅里叶级数中,频率与工频相同的分量 谐 波频率较基波频率大于1整数倍的分量 谐波次数谐波频率和基
3、波频率的整数比 n次谐波电流含有率以HRIn(Harmonic Ratio for In)表示 电流谐波总畸变率THDi(Total Harmonic distortion)定义为,2. 功率因数 (1) 正弦电路中的情况 电路的有功功率就是其平均功率: 视在功率为电压、电流有效值的乘积,即S=UI 无功功率定义为: Q=U I sinj 功率因数l 定义为有功功率P和视在功率S的比值: 此时无功功率Q与有功功率P、视在功率S之间有如下关系: 功率因数是由电压和电流的相位差j 决定的:l =cos j,二、谐波和无功功率分析基础,(2) 非正弦电路中的情况 有功功率、视在功率、功率因数的定义均
4、和正弦电路相同,功率因数仍由式 定义。 公用电网中,通常电压的波形畸变很小,而电流波形的畸变可能很大。因此,不考虑电压畸变,研究电压波形为正弦波、电流波形为非正弦波的情况有很大的实际意义。,二、谐波和无功功率分析基础,(3) 非正弦电路的有功功率 设正弦波电压有效值为U,畸变电流有效值为I,基波电流有效值及与电压的相位差分别为I1和j 1。 这时有功功率为:P=U I1 cosj1 功率因数为: 基波因数n =I1 / I,即基波电流有效值和总电流有效值之比 位移因数(基波功率因数)cosj 1 可见: 功率因数由基波电流相移和电流波形畸变这两个因素共同决定的。,二、谐波和无功功率分析基础,*
5、,(4) 非正弦电路的无功功率 定义很多,但尚无被广泛接受的科学而权威的定义 一种简单的定义是仿照式给出的: 这样定义的无功功率Q反映了能量的流动和交换,目前被较广泛的接受,但该定义对无功功率的描述很粗糙。,二、谐波和无功功率分析基础,无功功率采用符号Qf, 忽略电压中的谐波时有:Q f =U I 1 sinj 1 在非正弦情况下, ,因此引入畸变功率D,使得: 比较式,可得: 忽略电压谐波时 这种情况下: Q f为由基波电流所产生的无功功率,D是谐波电流产生的无功功率。,二、谐波和无功功率分析基础,三、R、L负载时交流侧谐波和功率因数分析,1. 单相桥式全控整流电路 1)忽略换相过程和电流脉
6、动,带阻感负载,直流电感L为足够大(电流i2的波形) 2)变压器二次侧电流谐波分析: n=1,3,5, 电流中仅含奇次谐波 各次谐波有效值与谐波次数成反比,且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数,3) 功率因数计算 基波电流有效值为 i2的有效值I= Id可得基波因数为 电流基波与电压的相位差就等于控制角 ,故位移因数为 所以,功率因数为,三、R、L负载时交流侧谐波和功率因数分析,2. 三相桥式全控整流电路 1)阻感负载,忽略换相过程和电流脉动,直流电感L为足够大 2)以 =30为例,交流侧电压和电流波形如图中的ua和ia波形所示。此时,电流为正负半周各120的方波,其有效值与直流电流的关系为,
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