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電能質(zhì)量
專家診治

把電能質(zhì)量問題交給領步400-056-5258

看有源濾波器如何治理劇場中的諧波

返回列表來源：領步電能質(zhì)量發(fā)布時間：2018-02-28分享加入收藏關注：-

專家講堂2

劇場電氣系統(tǒng)中，由于大量非線性負荷的應用，諧波污染問題較為嚴重。劇場電氣設備中，舞臺調(diào)光裝置是主要諧波源。由于可控硅調(diào)光設備在工作時產(chǎn)生的諧波量及諧波頻譜隨導通角變化而改變，傳統(tǒng)的LC無源濾波裝置不能有效治理。有源電力濾波裝置具有動態(tài)補償?shù)奶匦?，可以彌補這些不足。
一般情況下，電力供應應該提供具有正弦波形的電壓。但實際上，供電電壓的波形往往由于某些原因而畸變?yōu)椴煌潭鹊姆钦也ㄐ?，即產(chǎn)生諧波，供電系統(tǒng)中的諧波是指一些頻率為基波頻率(在我國取工頻50 Hz ) 整數(shù)倍的正弦波分量。在供電系統(tǒng)中，產(chǎn)生諧波的根本原因是由于給具有非線性阻抗特性的電氣設備(又稱為非線性負荷)供電。這些非線性負荷在工作時向電源注入高次諧波，導致供電系統(tǒng)的電壓、電流波形畸變，使電能質(zhì)量變差。因此，諧波是衡量電能質(zhì)量的重要指標之一。
用建筑電氣設備中存在著眾多的非線性阻抗特性的諧波源負荷，如：熒光燈、氣體放電燈、計算機、UPS、電子調(diào)速裝置、軟啟動設備等。劇場電氣設備中也存在大量的諧波源，尤其是舞臺燈光的可控硅調(diào)光裝置引起的電流波形畸變，使諧波問題尤為嚴重。為保證劇場供電系統(tǒng)中所有的電氣、電子設備正常、和諧的工作，必須采取有效的措施，抑制并防止電網(wǎng)中因諧波危害所造成的嚴重后果。

一、劇場中電氣諧波特性及諧波危害
1、劇場電氣諧波主要特性
劇場非線性負荷包括舞臺調(diào)光設備、帶電子鎮(zhèn)器的熒光燈、變頻空調(diào)等。根據(jù)劇場非線性負荷的容量及占用系統(tǒng)電源的比例，舞臺調(diào)光設備屬于劇場電氣主要的非線性負荷。這些調(diào)光設備造成的諧波污染不僅影響劇場配電系統(tǒng)電能質(zhì)量，還可能造成系統(tǒng)其它用電設備故障。因此在電氣設計階段應該著重考慮諧波的影響并采取合理的治理措施。

中間--舞臺

舞臺燈光用的各種調(diào)光器實質(zhì)上就是一個單相的相位控制交流調(diào)壓器。舞臺調(diào)光技術在經(jīng)歷了電阻型調(diào)光、變壓器式調(diào)光、磁放大器型調(diào)光階段后，發(fā)展為現(xiàn)在的用可控硅調(diào)光和計算機控制的現(xiàn)代化調(diào)光設備?？煽毓枵{(diào)光器是目前舞臺上的主流調(diào)光器。

燈光--中間

正弦交流電壓過零后的某一時刻t1 (或某一相位角ωt 1)，在可控硅的門極上加一觸發(fā)脈沖，使可控硅導通，這一導通將維持到正弦波正半周結(jié)束。因此在正弦波的正半周(即0 ～ p 區(qū)間)， 0 ～ ωt 1范圍可控硅不導通，這一范圍稱為控制角; 而在ωt 1 ～ p 間可控硅導通，這一范圍稱為導通角。同理在正弦交流電壓的負半周，對處于反向聯(lián)接的另一個可控硅(對兩個單向可控硅反并聯(lián)而言) 在t2時刻(即相位角ωt 2 ) 施加觸發(fā)脈沖，使其導通。如此周而復始，對正弦波的每一半周期控制其導通，獲得相同的導通角。如改變觸發(fā)脈沖的施加時間(或相位)，即改變了導通角(或控制角) 的大小。導通角越大調(diào)光器輸出的電壓越高，燈就越亮。
由以上分析可知，可控硅調(diào)光設備吸收的不再是正弦電流，因此會造成調(diào)光設備的輸入電流畸變?yōu)橹芷谛缘姆钦译娏鞑ㄐ?。對該周期性非正弦電流進行傅里葉級數(shù)分解，可得出電流中除含有與電源相同頻率的基波成分外，還含有一系列頻率為電源頻率奇數(shù)倍的高次諧波電流。這些高次諧波通過導線傳導到其它負荷，同時由于系統(tǒng)中諧波阻抗的存在，這些高次諧波電流還會引起電源電壓波形畸變。

2、劇場諧波危害
  電源電壓波形畸變造成電網(wǎng)諧波污染，使電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、配電設備出現(xiàn)許多異?，F(xiàn)象和故障。諧波的危害是多方面的，就劇場電氣系統(tǒng)而言，主要有一下幾方面。
諧波對配電線路的危害
  三相四線配電線路中，相線上3 的整數(shù)倍次諧波(零序諧波) 在中性線上會疊加，使中性線的電流值可能超過相線上的電流值。由于中性線電流過大，使配電系統(tǒng)中性線出現(xiàn)過負荷，從而引起絕緣老化加速，增加了火災隱患。
諧波對電力設備的危害
  當電網(wǎng)存在諧波時，入電力電容器后其端電壓增大。通過電容器的電流增加得更大，使電容器損耗功率增加，加速絕緣介質(zhì)老化。在諧波嚴重的情況下，還會使電容器鼓肚、擊穿或爆炸。尤其是電容器投入到電壓已經(jīng)畸變的電網(wǎng)中時，還可能使電網(wǎng)的諧波加劇，即產(chǎn)生諧波放大現(xiàn)象。
  諧波使電力變壓器的銅耗增大，包括電阻損耗、導體中的渦流損耗與導體外部因漏磁通引起的雜散損耗都要增加。諧波還使變壓器的鐵耗增大，主要表現(xiàn)在鐵芯中的磁滯損耗增加。由于以上兩方面的損耗增加，降低了變壓器的設備利用率。因此設計階段在選擇變壓器額定容量時需要考慮電網(wǎng)中的諧波含量，適當放大變壓器容量。

三、劇場諧波治理措施
1、對劇場進行改造
  目前，國內(nèi)有采用提高變壓器質(zhì)量及容量、增大電纜截面積(特別是加大中性線電纜截面積)、選用整定值較大的斷路器、熔斷器等保護元件的方法減小諧波的影響，這些方法并不能從根本上消除諧波，反而降低了保護特性與功能，加大了投資成本，增加了供電系統(tǒng)隱患。
  為有效抑制諧波，在劇場電氣設計中，可采用的方法主要有：合理設計配電線路、適當?shù)淖儔浩鹘泳€方式、合理布線、裝設濾波裝置等。
2、加裝有源濾波器
  有源電力濾波裝置的基本原理是從電網(wǎng)中檢測出諧波電流，經(jīng)內(nèi)部芯片快速計算、分析、比較，控制主功率單元產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等而極性相反的補償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波成分。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償，且補償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響。該有源電力諧波濾波裝置, 引進美國 TMS320F2812 芯片，根據(jù)Z新的瞬時無功功率理論，應用數(shù)字信號處理技術（DSP），脈寬調(diào)制技術（PWM），智能化功率單元技術（IPM），觸摸屏技術（GP）等前沿科技，可實現(xiàn)動態(tài)消除諧波，平衡三相負荷，是一種高技術含量，濾波效率Z理想諧波治理和無功補償產(chǎn)品。

有源濾濾波器的選型
剛剛提到過劇場內(nèi)的接線方式為三相四線，那么有源濾波器的選型，自然也就是三相四線的接線方式。
有源濾波器的容量確定
有源濾波器工作原理是：通過電流互感器檢測到的電流信號，進行諧波分離計算，濾波器產(chǎn)生一個與諧波電流幅值相等、相位相反的電流，注人到系統(tǒng)線路中，以抵消系統(tǒng)中的諧波電流。有源濾波器可同時濾除多次諧波，只要濾波器的容量(濾波額定輸出電流)足夠大，濾波器可以動態(tài)自適應，可從2次諧波到50次諧波中選擇特定濾波次數(shù)，選擇濾波優(yōu)先次序。因此有源濾波器是根據(jù)濾波器濾波額定輸出電流來選擇的。

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