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试论:谐波的趋势方向和高次谐波

[日期:2015-09-15] 来源:  作者: [字体: ]

     谐波的定义

  根据设备电源所采用的变频器的输出,从电压·电流波形畸变可得知产生了谐波。谐波成分越多,越容易造成马达·变压器或电气设备的异常发热或异常声音的增加、保护继电器或电气设备的故障、进相电容所连接的反应器的损耗等,存在引发大事故的可能性。

 

  因此,IEC61000-4-7定义了测量方法,IEC61000-3-2等规定了从设备产生的谐波的限值。而且,各国在电力系统方面更制定了规定限值的方针。

  根据这些规定,必须要保持从接收点产生的谐波不能超过上限值。另一方面,谐波引起的问题,不仅是从特定的设备和客户那边流出,从不特定的多个发生源流出的情况也很多。而且,由不特定多个流出的小谐波由于配电网的LC共振发生增幅,引发故障的情况也时有发生。

  谐波分析

  首先,要了解谐波有趋势方向这件事。

  谐波的流入流出的概念

  谐波为持有振幅相位成分的矢量图,因此在有多个谐波发生源的情况下,仅有趋势方向是无法确定发生源的。

  实际上,供给端·负载端双方都发生谐波的情况较为普遍,因此仅仅根据流入·流出确定发生源是非常困难的。

  需要将有可能是发生源的设备的工作状态/停止状态的时间带和谐波的电平或谐波电压电流相位差的趋势方向等相关情况进行比较,才能弄清楚设备的影响。

  一般来说,可通过测量谐波的装置观测谐波电压电流相位差进行判断。

  三相的情况下,使用谐波电压电流相位差综合值(θsum)对三相整体进行判断谐波是否输入流出。

  在-90~0~+90°范围内,则判断为流入。

  在-180°~-90°,+90°~+180°范围内,则判断为流出。

  下面以谐波电压电流相位差的时序测量数据为基础进行示例。

  第5次谐波(绿线)基本为流入。

  第3次谐波(红线)为流出。第7次谐波(蓝线)为流出。

  竖线数据显示超过180°返回-180°(或者相反)。

  谐波电压电流相位差时序图(第3次,第7次)

  在实际的数据分析中,长时间测量谐波,首先得到谐波电流的振幅电平,判断是否有较大的(超过限制之类的)谐波电流。

  然后,根据设备的工作状况等,推测谐波发生源。

  需要将有可能是发生源的设备的工作状态/停止状态的时间带和谐波的电平或谐波电压电流相位差的趋势方向等相关情况进行比较,才能弄清楚设备的影响。

  高次谐波

  近年来,50次谐波以上的频率的噪音问题多有发生。

  在这个频带的噪音即使发生源电平很小,但由于共振现象发生增幅的结果,引发的问题非常多。

  一般,设备特别是电源发生的噪音(包含电压变动),有闪变IEC61000-3-3、谐波IEC61000-3-2, 综合谐波畸变 IEC61000-3-12等标准规定,对象一般最大到40次(50Hz时则为2kHz)。另外,电源端子干扰电压等(CISPR 22/EN55022等)规定的频带一般为150kHz以上和几十kHz左右的噪音。

  使用HIOKI PW3198可将2kHz~80kHz的成分作为高次谐波进行测量。

  作为本公司所掌握的事例,有新建筑物中从LED照明产生异常声音这样的事例。

  最多到50次的谐波,即使无法观测到成为问题点的电平,也可了解到高次谐波较高的情况。

  将供电设置到另外的系统,从而使得异常声音消失,由此推测得知原因在于高次谐波所引起的增幅。

  PW3198记录示例(高次谐波电流的时序记录、电压・电流波形)

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