现代建筑中的三次谐波问题

时间：2020-01-05作者：北京航天爱威电子技术有限公司浏览：649

1、现代建筑物与传统建筑物有什么不同?

　　答：电气负荷的性质发生了根本的变化。过去的建筑物中，负荷基本是电阻性和电感性的，而现代建筑物中的负荷大部分是整流电路负荷。

　　整流电路就是将电网的交流电变换成直流电的装置。任何电子设备，小到手机充电器、节能灯，大到复杂的通信设备、电子医疗设备、科学实验设备，都包含整流电路。因为任何电子线路都**使用直流电工作，需要整流电路完成供电的任务。

　　传统的电气负荷从电网吸取正弦波电流，整流电路从电网吸取脉冲状的电流，如图1-1所示。

　　　图1-1 传统负荷与现代负荷的区别

　　由于整流电路从电网吸取脉冲电流，因此，这些电流在零线上不会相互抵消，而是叠加。这就导致了零线电流远大于相线电流的现象。三相脉冲电流在零线上叠加这种现象是现代建筑物中较常见的一种异常现象。这是很大的火灾隐患。请读者记住：整流电路从电网吸取脉冲电流是导致现代建筑物中各种问题的根源。

　　图1-2 电脑负荷导致零线电流**过相线电流　

2、什么是谐波电流?

　　答：谐波电流就是那些频率是基波频率50Hz整倍数的电流成分。谐波电流是现代建筑中较严重的问题之一。

　　发电厂或者发电机发出的电压波形是标准的正弦波波形，他的频率、幅度等特征是一定的，我国规定的交流电频率是50Hz。

　　如果负荷的电阻是固定，那么当电压是正弦波时，电流也是正弦波。这通过欧姆定律容易证明。对于电阻R，如果电压是U，则：电流I=U/R。显然，I的波形与U是相同的。

　　但是，如果负荷的电阻不是固定的，而是随着U变化，则电流的波形就不再是正弦波，这时我们就说电流发生了畸变。

　　从数学上可以证明，一个非正弦波的波形可以分解为若干个不同频率的正弦波之和。这些不同频率的正弦波中，频率较低的叫基波，其他频率的叫谐波。谐波频率都是基波频率的整倍数。

　　例如，图2-1中，右侧的波形中包含了基波频率(50Hz)，5次谐波频率(250Hz)， 7次谐波频率(350Hz)。

　　读者要记住：只要电流波形不是正弦波，其中就包含了谐波电流的成分。

3、哪些负荷产生谐波电流?

　　答：上面我们从数学上已经给出了结论，就是电阻随着电压发生变化的负荷就会导致电流发生畸变，这就意味着产生了谐波电流。这种电阻随着电压变化的负荷称为非线性负荷。

　　非线性负荷这个术语过于抽象。在实际中，主要的非线性负荷就是整流电路，不同的整流电路产生的谐波成分不同。

　　单相桥式整流电路产生的谐波电流以3次、5次、7次、9次为主。3相整流电路产生的谐波电流以5次、7次、11次、13次为主。

　　由于3次谐波电流产生的危害较大，因此本文**讨论3次谐波电流的危害和对策。3次谐波电流主要产生于单相整流电路。包含单相整流的电子设备包括：

　　以电脑为代表的信息设备，包括打印机、复印机、路由器;

　　电子医疗设备、分析仪器;

　　通信设备，服务器;

　　以UPS为代表的电源设备;

　　大尺寸的LED屏幕，广告灯箱;

　　节能灯、电子镇流器

　　图3-1所示的是一些典型负荷的电流波形，实际上，任何单相整流电路的电流波形都是类似的。

　　图3-1 典型信息设备的电流波形

4、建筑物中的电网上有3次谐波电流时，主要有哪些危害?

　　答：谐波电流导致的现象及其危害如表4-1所示。

　　表4-1 3次谐波的危害

主要现象	原因	后果
变压器还没有达到额定功率，就出现温度过高、噪声过大的现象	3次谐波电流在变压器中产生很大的损耗	1. 降低变压器的有效容量 2. 缩短变压器寿命 3. 增加能耗
即使三相负荷平衡，零线的电流也很大	3次谐波电流在零线上叠加	1. 零线过热 2. 加速电缆老化 3. 导致火灾 4. 增加能耗
电缆温度过高	3次谐波电流导致更大的发热量	1. 加速电缆老化 2. 导致火灾 3. 增加能耗
建筑物内的电磁场强度**过地区标准	3次谐波电流产生较强的电磁辐射	1. 人员出现亚健康状态 2. 精密仪器工作异常
过流保护装置误动作	3次谐波电流导致电流检测电路误动作	1. 频繁跳闸 2. 影响正常的工作


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