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發(fā)布日期:2023/06/01 15:08:00
科普知識:諧波對用電設備的影響有哪些

科普知識:諧波對用電設備的影響有哪些

一、諧波對各種類型電動機的影響
由于集膚效應、磁滯、渦流等現(xiàn)象將隨著諧波次數(shù)的增高而使得各類旋轉(zhuǎn)電機的鐵芯和繞組中產(chǎn)生的附加損耗增加。在通常的工業(yè)用戶中,各類電動機負載往往要占整個負載的80%-85%。由此可見,諧波對一般的工業(yè)用戶帶來很大的不必要的電能損耗。此外,諧波造成的電機轉(zhuǎn)子的脈沖轉(zhuǎn)矩也將使電機的轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生振動,使設備造成疲勞過度而損壞。
二、諧波對各類變壓器的影響
由于諧波造成的變壓器鐵芯的磁通量的減少和變壓器繞組中的導線的集膚效應加大,也就是*通常的鐵損、銅損增加、必然造成變壓器工作溫度上升,形成惡性循環(huán),降低效率。一般來說,諧波容易造成星形變壓器產(chǎn)生的諧振現(xiàn)象,對三角變壓器在繞繞組中形成的環(huán)流而過熱。
三、諧波對用戶供電系統(tǒng)中電纜的影響
由于用戶系統(tǒng)中導線阻抗的頻率特性,導線的電阻會隨著頻率的升高而增加,又由于導線中集膚效應的作用,諧波會使得用戶自身供電系統(tǒng)中導線的附加損耗增加。尤其值得注意的是這類諧波還會使得三相供電系統(tǒng)中的中性線的電流增大,導致中性線過載,大大浪費了用戶的用電成本。
又由于輸電導線不可避免的存在分布的線路電感和對地電容,當這類諧振產(chǎn)生的過電壓和過電流反過來又對上述相關設備造成很大的危害。
四、諧波對各類電力電容(包括補償電容)的影響
由于大部分電容器的電容對高次諧波呈現(xiàn)低阻抗,從而在高次諧波的影響下很容易被擊穿,有的電容器和系統(tǒng)電路中的感抗組成的諧振回路的諧振頻率等于或接近與某次諧波分量的頻率時,就會使得諧波電流放大,引起電容過熱,過電壓而不能正常工作,或加速電容器老化,縮短壽命。
五、諧波對通信系統(tǒng)的干擾影響
通信系統(tǒng)少不了的換流設備和UPS設備本身是很嚴重的諧波源,這類設備產(chǎn)生的諧波頻率一般在3-10KHz之間,該頻率的諧波必然會干擾載波通信的正常工作,由此產(chǎn)生的干擾電壓將會嚴重影響通信線路的通信質(zhì)量,甚至在某些情況下還會造成通信線路的中斷等嚴重后果。
六、諧波對自動化流水線、數(shù)控機床、工作母機類精密設備的影響
眾所周知,絕大部分的數(shù)控類設備都通過一系列的交、直流電機,通過變頻調(diào)速來控制的,在次過程中的諧波瞬間脈沖會引起控制元件的誤動作,尤其是由于數(shù)控設備中的控制芯片中的電容受到諧波的影響,很容易老化甚至短路,引起設備不能工作。另外在這類精密加工設備的各類繼電器的接觸點上,在諧波的作用下很容易形成一個氧化碳的膜層,既增加了接觸點的阻抗,又大大降低了控制器的靈敏度。
七、諧波對整流器器件的影響
任何一種整流裝置在每一導通和換相過程中都會產(chǎn)生電壓的突跳,從而形成大量的各次諧波存在,是公認的*大諧波源。這些諧波在給整流設備,電抗器,整流變壓器帶來過熱、振動和噪音的同時,造成的電能的損耗是很大的,先僅就整流變壓器作為例子來說明具體損耗的百分率:根據(jù)變壓器的電能損耗公式:W(KWH)=M(磅)×△T(℃)×H(小時)×0.293×10-3這里W作為由于變壓器溫度升高的電能損耗數(shù):M作為變壓器的質(zhì)量,用磅表示:△T作為溫度邊變換量,用華氏計算:△T=T2 –T1=(T2℃×9/5)-(T1℃×9/5):H作為工作小時:0.293為常數(shù)。
例如一個10,000KVA的整流變壓器,質(zhì)量為10噸,約20,000磅,T從20℃升高到40℃即40×9/5-20×9/5=36℃=△T,一年工作以8小時計,則一年由于該變壓器溫升所消耗的電能為;W=20,000×36×8,000×0.293×10-3=1.687,680KWH(度)以10,000KVA的整流變壓器正常工作的負載率為90%計算,一年共耗電:10,000×0.9×8,000=72,000,000KWH(度).則僅僅由于變壓器升溫所浪費的電能要占到總耗電的1,687,680/72,000,000=2.3% 。
八、諧波對諸如銀行、海關、證券公司、機場等區(qū)域聯(lián)網(wǎng)作業(yè)的用戶的影響
為確保大區(qū)域聯(lián)網(wǎng)工作的網(wǎng)絡平臺能正常運行,UPS設備對這類用戶是必不可少的。但是UPS在整流充電過程中的諧波一方面會影響到計算機網(wǎng)絡中來,造成網(wǎng)絡莫名其妙的雪崩停機、出錯、死機等。另一方面,這些諧波反過來有使UPS中的蓄電池內(nèi)的極板加速氧化,而逐漸失效,嚴重的將根本起不到間斷的電源的本身作用,從而對上述重要用戶帶來很大的危害。
九、諧波對雷達系統(tǒng)、測控設備的影響
航天航空的地面測控系統(tǒng),雷達系統(tǒng)的正常工作關系到國家人民的巨大利益,設備供電電源中任何瞬時脈沖、浪涌和諧波都會引起各類精密測試儀器、控制系統(tǒng)一連串的不正常的反應,哪怕某一個繼電器的接觸點由于諧波造成的接觸點表面形成阻抗很小的氧化膜,使繼電器靈敏度降低而造成的危害將是無法彌補的。
十、諧波對各類蓄電池充電器設備的影響
無論是UPS中的蓄電池還是汽車、地鐵、電動車甚至小到手機中的蓄電池,大家都做到普通的現(xiàn)象就是使用一段時間后蓄電池電量會大大低于原出廠標定值,有些生產(chǎn)這類蓄電池的廠家也會由于電池達不到設計值而想盡辦法。其實真正的原因是在蓄電池的充電過程中電源中由于整流、換流等非線性原理,使諧波的含量很高,不但使各類蓄電池的極板表面嚴重氧化而充電不足,而且使充電過程中的電能的浪費達到驚人的程度。
十一、諧波對現(xiàn)代化醫(yī)療設備的影響
隨著各種先進醫(yī)療設備(磁共振成像(MRI)、二維圖像彩色B超儀、全身螺旋CT掃描儀、單(雙)光子發(fā)射計算機斷層掃描機、全自動生化儀、采用電磁波技術的碎石機、胃腸斷層掃描機、高頻電刀、多功能微波**儀等)的引進與使用,各種電子電路和電力電子技術在現(xiàn)代醫(yī)院的應用,生物醫(yī)學工程在現(xiàn)代化醫(yī)院中所起的作用越來越重要。醫(yī)療設備的更新?lián)Q代日新月異,醫(yī)院的電磁環(huán)境發(fā)生了極大變化,而且這種變化愈演愈烈。現(xiàn)代化醫(yī)院通過不斷引入新型、復雜的電子醫(yī)療系統(tǒng)來提高醫(yī)療服務水平。但是,如果缺乏適當?shù)姆婪洞胧略O備系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)可能受到潛在的電磁干擾的威脅,進而降低新設備應帶來的效益。高精尖的醫(yī)療設備更是決定著醫(yī)療服務水平。醫(yī)療儀器設備種類、規(guī)模和先進程度成為現(xiàn)代化醫(yī)院的一個重要標志。然而現(xiàn)代科學技術這把"雙刃劍"也悄然將電磁污染的陰影籠罩在醫(yī)院上空。
電磁干擾、電磁敏感度和諧波干擾問題是醫(yī)院投資人、管理人及現(xiàn)代電氣工程設計和研究人員在設計過程中必須考慮的問題。一方面這是因為當前電子技術正朝著高頻、高速、高靈敏度、高可靠性、多功能、小型化方向發(fā)展,導致了現(xiàn)代電子設備產(chǎn)生和接受電磁干擾的幾率大大增加;另一方面,隨著電力電子裝置本身功率容量和功率密度的不斷增大,電網(wǎng)及其周圍的電磁環(huán)境遭受的污染(包括諧波干擾)也日益嚴重,電磁干擾不僅降低設備的整體效率,還會嚴重危及醫(yī)護、病員的健康和生命,是個不容忽視的大問題,亟待重視。所以電磁干擾和諧波干擾已成為許多電子設備與系統(tǒng)能否在應用現(xiàn)場正??煽窟\行的主要障礙之一。
十二、諧波對廣電設備的影響
電視臺演播設備和廣播發(fā)射及接受設備由于使用了大量的數(shù)字化控制系統(tǒng),大量的非線性設備的使用必然產(chǎn)生以高次諧波為主的各種電源污染。一般的數(shù)字邏輯控制設備對脈沖電壓特別敏感,高頻諧波電流會使導線回路及電子零件感應電壓雜波,使電壓畸變以至增加通過零電壓的次數(shù)而使微電腦產(chǎn)生誤動作,使設備造成莫名其妙的故障,影響到演播系統(tǒng)的正常工作。高次諧波不僅對數(shù)控設備造成影響,還會使可控硅調(diào)光燈的使用壽命大為降低,音頻系統(tǒng)產(chǎn)生噪音,無線話筒產(chǎn)生雜音甚至無法工作等。


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