單相整流器負載對三相供電系統(tǒng)的影響

1、歡迎訪問Freekaoyan論文站單相整流器負載對三相供電系統(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載特性對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)計時應(yīng)考慮單相整流器負載的影響以及單相整流器負載應(yīng)進行功率因數(shù)提高的改造。 關(guān)鍵詞：單相整流器負載  高次諧波  零線電流 隨著計算機、彩色電視機、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)中的單相整流器負載越來越多，所產(chǎn)生的高次諧波電流對供電系統(tǒng)的影響也越來越大，甚至影響供電系統(tǒng)的安全運行。1  簡單相整流器負載工作特性介 由濾波電路特性，單相整流器負載可分為容性濾波單相整流器負載和感性濾波單相整流器負載。1.1  容性濾波單相整流器負載 容性濾波單相整流器負載的電器主要有：計算機、彩色電視機、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，如測試某計算機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，可近似認為電流波形為方波，這時功率因數(shù)為0.9（均為高次諧波無功功率），THD：43.6%。2  單相整流器負載對三相四線制供電系統(tǒng)的影響 三相四線制供電系統(tǒng)向線性負載供電狀態(tài)下，當三相負載平衡時三相負載電流在零線上相互抵消，符合：    （1）當負載為非線性負載，特別是容性濾波整流器負載，由于這時負載電流不再是正弦波電流如圖5，從圖中可以看到，U、V、W三相負載電流在零線上并沒有相互抵消。當整流器導(dǎo)通角/脈沖寬度小于60

5、76;/3.3ms（絕大多數(shù)容性濾波整流器負載的工作狀態(tài)均為這樣）時，三相負載電流在零線上的電流如圖5，從圖中可以看到，個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，對于容性濾波整流器負載和感性濾波整流器負載，零線電流為相線電流的3倍和1倍。3.1  單相整流器負載對三相供電系統(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載工作狀態(tài)下設(shè)計零線、引線和接線柱，絕大多數(shù)負載工作狀態(tài)時的負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  單相整流器負載對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載，特別是容性濾波整流負載。由于零線電流為相線電流的3倍，而國家標準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）二次繞組中性點可通過消弧線圈帶有一定的負載，當此負載為25%額定負載時，其持續(xù)通過時間最長不超過1. 5h，若為20%，不超過3h。此時，除引起可觀的變壓器雜散損耗外，還會使零序電壓降達到相電壓的5

8、%-10%。 （2）當而次繞組連接成三相四線制系統(tǒng)對負載供電時，如要考慮電壓的對稱性（例如為了照明供電），則中性點的連續(xù)負載不要超過10%額定電流“ 國家標準GB1094-1997“電力變壓器”在運行條件中也明文規(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%，此時其中任一相的電流不得超過額定電流值。” 當?shù)蛪喝嗨木€制供電系統(tǒng)向負載幾乎完全是容性單相整流器負載（如計算機系統(tǒng)和大量使用計算機的寫字樓）供電時特別是供電路線設(shè)計不當時（如采用標準三相四芯供電電纜，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)生宿舍允許使用計算機后，由于計算機的大量使用（最多時平均每個宿舍達五臺），致使計算機使用高峰時出現(xiàn)幾次由于零線的嚴重過載的電氣火災(zāi)事件是容性濾波單相整流器負載對供電線路造成危害的事例；也有些計算機房采用三相供電時由于忽略了零線的作用，常出現(xiàn)零線嚴重打火、過熱現(xiàn)象；大量安裝節(jié)能燈、電子鎮(zhèn)流器（盡管每個節(jié)能燈、電子鎮(zhèn)流器造成的高次諧