單相整流器負(fù)載對(duì)三相供電系統(tǒng)的影響

1、歡迎訪問Freekaoyan論文站單相整流器負(fù)載對(duì)三相供電系統(tǒng)的影響歡迎訪問Freekaoyan論文站    歡迎訪問Freekaoyan論文站    摘  要： 本文分析了單相整流器負(fù)載在不同的濾波條件下的工作狀態(tài)，指出并分析了這些負(fù)載特性對(duì)三相四線制供電系統(tǒng)特別是零線的影響與危害，提出供電系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮單相整流器負(fù)載的影響以及單相整流器負(fù)載應(yīng)進(jìn)行功率因數(shù)提高的改造。 關(guān)鍵詞：單相整流器負(fù)載  高次諧波  零線電流 隨著計(jì)算機(jī)、彩色電視機(jī)、變頻空調(diào)等辦公、家用電器的越來越廣泛的應(yīng)

2、用，使低壓三相供電系統(tǒng)中的單相整流器負(fù)載越來越多，所產(chǎn)生的高次諧波電流對(duì)供電系統(tǒng)的影響也越來越大，甚至影響供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。1  簡單相整流器負(fù)載工作特性介 由濾波電路特性，單相整流器負(fù)載可分為容性濾波單相整流器負(fù)載和感性濾波單相整流器負(fù)載。1.1  容性濾波單相整流器負(fù)載 容性濾波單相整流器負(fù)載的電器主要有：計(jì)算機(jī)、彩色電視機(jī)、變頻空調(diào)等，其整流濾波電路結(jié)構(gòu)、輸入電流波形、功率因數(shù)、總諧波失真（THD）等主要參數(shù)基本相同，整流濾波電路如圖1，整流器輸入、輸出電流波形如圖2。很明顯，由于整流器的非線性特性和輸出濾波電容器的電壓保持特性，使整流器在各半周的導(dǎo)通角不再是180

3、°/10ms，而是約44°55°/2.23ms，如測試某計(jì)算機(jī)電源中整流器的輸入、輸出電流波形的主要參數(shù)為：導(dǎo)通角/時(shí)間：54°/3ms，波形系數(shù)：2. 6，整流器輸出電流有效值與平均值之比：2.06，大于正弦波的 和1.11，其三次諧波、五次諧波、七次諧波分別為基波的1.21、0.81、0.62，與正弦波電流相比嚴(yán)重失真，在這種工作條件下，功率因數(shù)約為0.6，無功功率的絕大部分為高次諧波無功功率，基波電流相移接近零，略為超前，總諧波失真（THD）約80%。1.2  感性濾波單相整流器負(fù)載 為改善變頻空調(diào)和其它單相整流器的功率因數(shù)，通常在整流器

4、與濾波電容器之間接一濾波電感（或稱平波電抗器），使成為感性濾波單相整流器負(fù)載，其電路如圖3，輸入電流波形如圖4。通常為分析方便，可近似認(rèn)為電流波形為方波，這時(shí)功率因數(shù)為0.9（均為高次諧波無功功率），THD：43.6%。2  單相整流器負(fù)載對(duì)三相四線制供電系統(tǒng)的影響 三相四線制供電系統(tǒng)向線性負(fù)載供電狀態(tài)下，當(dāng)三相負(fù)載平衡時(shí)三相負(fù)載電流在零線上相互抵消，符合：    （1）當(dāng)負(fù)載為非線性負(fù)載，特別是容性濾波整流器負(fù)載，由于這時(shí)負(fù)載電流不再是正弦波電流如圖5，從圖中可以看到，U、V、W三相負(fù)載電流在零線上并沒有相互抵消。當(dāng)整流器導(dǎo)通角/脈沖寬度小于60

5、76;/3.3ms（絕大多數(shù)容性濾波整流器負(fù)載的工作狀態(tài)均為這樣）時(shí)，三相負(fù)載電流在零線上的電流如圖5，從圖中可以看到，個(gè)相電流在零線沒有抵消，而是迭加，由數(shù)學(xué)解析式也可以得出：由式（1），零線上的基波電流相互抵消。零線上的三次諧波諧波電流為：    （2）                   （3）        &

6、#160;      （3）也可以推導(dǎo)出：零相序各次諧波即3k（k=1、2、3）次諧振電流在零線上代數(shù)迭加，其它3k+2次諧波電流在零線上幅值為該次線電流幅值的（3-1），其它3k+1次諧波電流則在零線上相互抵消。很明顯，對(duì)于容性濾波整流器負(fù)載和感性濾波整流器負(fù)載，零線電流為相線電流的3倍和1倍。3.1  單相整流器負(fù)載對(duì)三相供電系統(tǒng)的影響 3.1  電力變壓器和供電線路中零線電流與相線電流的關(guān)系 通常的三相電力變壓器均依照線性負(fù)載工作狀態(tài)下設(shè)計(jì)零線、引線和接線柱，絕大多數(shù)負(fù)載工作狀態(tài)時(shí)的負(fù)載電流均明顯小于相（線）

7、電流，因而零線的引線和接線柱導(dǎo)線截面遠(yuǎn)小于各相線引線和接線柱導(dǎo)電截面，同樣在供電電路中也采用同樣原則，以低壓三相四線制電纜尤為明顯。 3.2  單相整流器負(fù)載對(duì)三相四線制供電系統(tǒng)的影響 在三相四線制供電系統(tǒng)中大量使用單相整流負(fù)載，特別是容性濾波整流負(fù)載。由于零線電流為相線電流的3倍，而國家標(biāo)準(zhǔn)GB13499-1992“電力變壓器應(yīng)用導(dǎo)則”第7.21、b、三相三柱芯式變壓器中要求： “（1）二次繞組中性點(diǎn)可通過消弧線圈帶有一定的負(fù)載，當(dāng)此負(fù)載為25%額定負(fù)載時(shí)，其持續(xù)通過時(shí)間最長不超過1. 5h，若為20%，不超過3h。此時(shí)，除引起可觀的變壓器雜散損耗外，還會(huì)使零序電壓降達(dá)到相電壓的5

8、%-10%。 （2）當(dāng)而次繞組連接成三相四線制系統(tǒng)對(duì)負(fù)載供電時(shí)，如要考慮電壓的對(duì)稱性（例如為了照明供電），則中性點(diǎn)的連續(xù)負(fù)載不要超過10%額定電流“ 國家標(biāo)準(zhǔn)GB1094-1997“電力變壓器”在運(yùn)行條件中也明文規(guī)定：“31  連接組為Y/YO-12的三相變壓器，一般中線電流不得超過低壓線圈額定電流的25%，此時(shí)其中任一相的電流不得超過額定電流值?！?當(dāng)?shù)蛪喝嗨木€制供電系統(tǒng)向負(fù)載幾乎完全是容性單相整流器負(fù)載（如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和大量使用計(jì)算機(jī)的寫字樓）供電時(shí)特別是供電路線設(shè)計(jì)不當(dāng)時(shí)（如采用標(biāo)準(zhǔn)三相四芯供電電纜，其零線截面積為相線的1/41/3），將引起電氣火災(zāi)，如某高校在學(xué)生宿舍允許使用計(jì)算機(jī)后，由于計(jì)算機(jī)的大量使用（最多時(shí)平均每個(gè)宿舍達(dá)五臺(tái)），致使計(jì)算機(jī)使用高峰時(shí)出現(xiàn)幾次由于零線的嚴(yán)重過載的電氣火災(zāi)事件是容性濾波單相整流器負(fù)載對(duì)供電線路造成危害的事例；也有些計(jì)算機(jī)房采用三相供電時(shí)由于忽略了零線的作用，常出現(xiàn)零線嚴(yán)重打火、過熱現(xiàn)象；大量安裝節(jié)能燈、電子鎮(zhèn)流器（盡管每個(gè)節(jié)能燈、電子鎮(zhèn)流器造成的高次諧