低压生活用电中的谐波源

低压生活用电中的谐波源关键字：充电器谐波电流电视机容量电网用电谐波计算机含有电流摘要：对低压生活配电网的非线性用电设备的谐波特性作了介绍和分析，随电力电子技术和 人类生活水平的提高，这些谐波源的数量和比重在电网中将迅速增大，本文的目的是帮助人 们增强对日常用电设备中谐波的认识，以利谐波抑制与治理技术的研究和深入。关键词：低压配电网非线性用电设备谐波特性由低压电网供给电源的各种电器设备，在市政生活和企事业单位应用十分广泛，在这些 家用电器中，有不少家用电器含有非线性元件，会产生谐波电流，主要有电视机、各种节能 灯、电冰箱、洗衣机、微波炉、电磁炉、计算机、激光打印机、充电器、各种医疗和科研用 的仪器和设备、调速驱动 例如空调用压缩机、高层建筑用的大型电梯等，它们大都是用晶 闸管、小功率的整流装置等电力电子元件，有的电器带小容量变压器。其励磁电流所占比例 较大，虽然其单个容量小，从数十瓦到数千瓦，但数量较多且分布很广，它们产生的高次谐 波也会对电力系统造成影响，加重电力网的谐波污染。1. 电视机家用电器中对电网谐波影响最大的电器就是电视机群。由于采用单相桥式整流电容平波 电路，其整流元件要等到整流电压大于电容器的储能电压时才能导通。故交流侧电流只有正 弦波的波头部分。其特征谐波全部为奇次谐波，而且谐波的峰值与基波峰值相重合。同一相 电压供电的多台电视机产生的谐波相位相同，而且同时间的使用率高，造成配电网谐波的增 大。彩色电视机的尖峰电流比黑白电视机的大，特别是3次、5次、7次及9次尤为严重。2. 非线性照明用电最广泛采用的照明灯是白炽灯，但它效率低，电耗较大。近些年来出现的各种节能灯， 效率比白炽灯高许多。但白炽灯是线性负荷，而节能灯几乎都是谐波源，在晚上，即是写拨 高峰时段，但大多节能灯的谐波电流畸变率比电视机要低，不同种类和型式节能灯的主要谐 波电流的相位也有所分散。主要的节能灯有荧光灯、高压气体放电灯和调光白炽灯等。2.1荧光灯各种荧光灯的谐波电流含有率相差很大。以前用的是普通的长管荧光灯，现在愈来愈多 的是紧凑型灯，其中又有各种亚型，其谐波特点有以下几点： 特征谐波电流全为奇次谐波。线绕镇流器的电流含有率3次谐波较高，可达810%。电子镇流器型脉冲式各齐次含有率1518%，其中3次为7080%，次数愈高，含有 率愈低；高频时各谐波含有率低，一般为315%。 紧凑型灯中采用线绕镇流器的第三亚型装有并联电容器，以提高功率因数，降低电流和 线损，但电容器起明显放大谐波的作用。 采用电子镇流器的第二亚型需经整流再逆变，产生出2060HZ的电力经过高频变压器 馈供给灯管，故除了 319各齐次谐波电流外，尚有极高频率的谐波电流含量。2.2高压气体放电灯高压气体放电灯利用有一定压力的汞、钠、镝、铟和金属卤化物的蒸汽，放电时有负电 阻特性，故串接非线性的镇流器、高压钠灯和汞灯用得较多。高压气体放电灯主要用于街道、 广场、露天矿等处的照明，其谐波特征是主要产生3、5、7次谐波，其量随灯具的容量而幅 度增大。2.3调光白炽灯调光白炽灯或其它家用电器的电力调节电路是通过用可控硅切除正弦电流的一部分来 调节负载电流的大小。其特征谐波电流全部为奇次谐波，不同控制角a的谐波电流含量不 同，一般地，a越大，谐波电流含量越大。3. 家用电器3.1空调机随着经济发展和人民生活水平的提高，空调用电连年飚升。由于空调机功率较大每台 600W到数千瓦，因此在许多城市中空调负荷将跃居市政用电的榜首。因此，空调用电在 性质上属于线性还是非线性，与未来城网背景谐波的涨幅密切相关，相关测试表明，空调机 谐波电流大小依工作方式而变，只开风扇时，THDi%为69%，制冷时为2027%，制热 时为2234%，谐波分布为217次，可见，无论是制冷还是制热，THDi都不小，而单台 的各次谐波电流比电视机的还要大得多。况且空调机的工艺不断改进，变频空调应用已日益 广泛，变频装置的谐波含量与分布更大，因此就配电网的谐波管理来讲，应对各型空调机的 谐波量进行调查，并制订相关标准。3.2电冰箱家用电冰箱的功率和彩电差不多，其谐波电流含有率比彩电小得多，但电冰箱谐波参与 夜晚出现的家电谐波高峰。其谐波主要是3次、5次和7次，其中含有率3次为1013%， 5次为35%，7次为0.52%，7次以上小于0.8%。3.3洗衣机洗衣机的功率与电冰箱接近，谐波电流畸变率稍大。但每天开机时间短，参与夜晚出现 的家电谐波高峰的同时系数不大。例如，洗衣机产生的谐波含有率3次2140%，5次4.59%，7次36%，9次1 4%，13次以上很小。4. 计算机随着信息时代的到来，家用计算机和企事业单位计算机应用已开始普及，一般计算机用 电负荷和谐波电流主要是显示器CRT的非线性用电，它和彩电十分相似。计算机整机运行和显示器单独运行相比，第311次谐波电流含有率稍减，而第13、 15、17次谐波电流含有率稍增。由于计算机的谐波含有率高，谐波电流相位和电视机的谐 波电流重合，而且商场和家用计算机的普及，以及多班制工作的计算机房的计算机都要参与 夜晚出现的家用谐波高峰。所以计算机的谐波影响将迅速增大。另外，各种打印机、复印机、 游戏机的用电性质以及谐波含有率也与计算机相类似。5. 电池充电器等电池充电器是对各种可充电电池充电的装置，其容量随充电时电池的容量和个数而定。 在我国小容量的充电器应用较为广泛，国外应用更为普通，容量较大的对蓄电池充电的充电 器使用量也在增加。随着今后电力汽车的使用，它可能成为产生谐波的一种主要的家用电器。 充电器的接线同单相普通整流回路，其电流通过分解可得各次齐次高次谐波。作为供电系统 的负载，还应计及变压器的励磁电流。对于充电器来讲，励磁电流在负载电流中所占比例将 远大于电力变压器的情况。6. 结束语通过大量的分析和测试表明，除电视机、充电器、调光设备、计算机等以上介绍的几种 日常低压电器外，凡带有相位控制电路或由简单的整流电源 特别是半波整流方式 供电的 其它家用低压电气设备，如放电灯具、声频放大器、真空吸尘器、信息技术设备、便携式电 动工具、微波炉等电炊具都是低压电网中不可忽视的谐波源。对于这些电气设备，由于数量 很多，不可能象对大容量谐波源那样逐个进行对电网谐波干扰的控制，只能通过制订设备的 产品标准，控制其注入电网的谐波成分，防止其对电网及电网中其它电气设备的相互干扰。参考文献1、吴竞昌主编，供电系统谐波，中国电力出版社，1998年5月。2、张直平主编，城市电网谐波手册，中国电力出版社，2001年2月。