交流電源中諧波失真的原因

我們知道交流電源中諧波失真的原因，現(xiàn)在我為大家做一個解答。

在交流電力系統(tǒng)中，發(fā)電機（交流發(fā)電機）的電源電壓波形在理想狀態(tài)下是零失真的單頻正弦波。這種正弦電壓加在某種類型的負載上時，負載產生的電流與電壓與阻抗成比例，并遵循電壓波形的包絡線。這些負載被稱為線性負載（負載中的電壓和電流遵循對方和他們的純正弦波不失真）。線性負載的例子有電阻加熱器、白熾燈、恒速感應電動機和同步電動機。圖1（a）顯示了線性負載的電流和電壓波形示例。

相反，一些負載是非線性負載，在每個半周期中，電流與電壓的變化不成比例。電流波形是非正弦的，并且含有失真，因此在50或60 Hz的波形上疊加了許多附加的波形。這些附加電流波形的頻率是基頻的諧波，也就是說，它們是原始（基頻）頻率的倍數(shù)。圖1（b）顯示了非線性負載的電流和電壓波形的例子。非線性負載的例子有電池充電器、電子鎮(zhèn)流器、變頻驅動器、交流電源控制器和開關電源。

這些電流畸變會使電源電壓波形失真。然而，當一個剛性正弦電壓源存在（當源有一個低阻抗路徑，有足夠的容量，使其上的負載不影響電壓），沒有必要擔心電流失真造成電壓失真。采樣的電壓波形離非線性負載越遠，電壓畸變越小。效果如圖2所示。然而，如果你的非線性負載導致你的鄰居的電源電壓過度失真，你就有可能受到一些監(jiān)管機構的指責。

計算這些電流諧波對電源電壓波形的失真影響并不簡單，因為您需要對系統(tǒng)阻抗有很好的了解。在圖2中，左邊的11kV主電源被認為是一個阻抗為零的“無限母線”。它通過源變壓器阻抗Z向本地配電系統(tǒng)供電。然后通過分布阻抗Zd提供非線性負載。

非線性負載對局部配電電壓的扭曲程度取決于許多因素。

諧波電流的大小。這些電流越高，失真越大。在這方面，一些負載設計比其他的差。一般來說，非線性負載上的負載越輕，各電流諧波的水平就越低。

分布阻抗Zd與源阻抗Zs之比。比率越高，電流畸變對配電電壓畸變的影響越弱。這是因為這兩個阻抗的分壓器效應。

減少配電電壓畸變的一個簡單方法是有意在Zd兩端增加附加阻抗。這通常是在一個線電感的形式。一個常見的例子是變頻電機驅動器。輸入整流電路（帶電解電容濾波器的三相二極管橋）產生高水平的5次、7次、11次及以上諧波。然而，通過在每個輸入端插入一個線路電感，每個線路頻率約為負載阻抗的3%，配電電壓的諧波失真顯著降低。該技術也適用于單相非線性負載。

審核編輯 黃宇