电力电子技术11谐波与功率因数.ppt

第五章 谐波与功率因数 5.1 谐波与功率因数的概念 5.2 谐波与功率因数的关系 5.3 功率因数校正技术 5.1 谐波与功率因数的概念 谐波的概念 谐波通常意义上是指周期量的傅里叶级数中大于1的n次分量，即周期量所包含的频率为基波频率整数倍的分量。 根据傅立叶级数的原理，周期函数都可以展开为常数与一组具有共同周期的正弦函数和余弦函数之和。其展开式中，常数表达的部分称之为直流分量，最小正周期等于原函数的周期的部分称之为基波或一次谐波，最小正周期的若干倍等于原函数的周期的部分称之为高次谐波。因此高次谐波的频率必然也等于基波的频率的若干倍，基波频率3倍的波称之为三次谐波，基波频率5倍的波称之为五次谐波，以此类推。不管几次谐波，他们都是正弦波。 谐波是由非线性特性的电子负载而产生的。主要有非线性负载有ＵＰＳ、开关电源、整流器、变频器、逆变器等。 5.1 谐波与功率因数的概念 5.1 谐波与功率因数的概念 谐波的产生 　　　由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变产生谐波。产生谐波的负荷称为谐波源。 　 主要的谐波源有 （1）电力电子装置。工业上常用的整流、逆变、调压和变频器等 （2）电弧炉。包括用于钢铁等行业的交流和直流电弧炉等。 （3）家用电器。如时光灯、电视机、调速风扇、空调、冰箱等。 （4）高新技术设备等。现代办公和商用计算机、节能灯、核磁共振设备等。 　　　 5.1 谐波与功率因数的概念 5.1 谐波与功率因数的概念 5.1 谐波与功率因数的概念 5.1 谐波与功率因数的概念 5.1 谐波与功率因数的概念 5.1 谐波与功率因数的概念 功率因数的调节 电网功率因数调整的目的是通过在某些特定的环节上用超前无功功率来补偿滞后无功率。此方法还能避免过高压降及额外的电阻损耗。将电容器尽可能的靠近电感负载并联于电网，就可以产生所需要的超前无功功率。 在电网中安装并联电容器无功补偿设备后，将可以提供补偿感性负载所消耗的无功功率，减少电网电源侧向感性负载提供及由线路输送的无功功率，减少无功功率在电网中的流动，这种措施称为功率因数补偿。 5.1 谐波与功率因数的概念 提高用电设备功率因数的意义 （1）输配电成本降低。 （2）有效的利用了设备。 （3）改善电压的质量。 （4）减少压降。 （5）优化电缆尺寸。 （6）较小的传输损耗。 5.2 谐波与功率因数的关系 5.2 谐波与功率因数的关系 5.3 功率因数校正技术 ■以开关电源为代表的各种电力电子装置带来一些负面的问题：输入电流不是正弦波，就涉及到谐波和功率因数的问题。 ■功率因数校正PFC (Power Factor Correction)技术：即对电流脉冲的幅度进行抑制，使电流波形尽量接近正弦波的技术，分成无源功率因数校正和有源功率因数校正两种。 ◆无源功率因数校正技术通过在二极管整流电路中增加电感、电容等无源元件和二极管元件，对电路中的电流脉冲进行抑制，以降低电流谐波含量，提高功率因数。 ◆有源功率因数校正技术采用全控开关器件构成的开关电路对输入电流的波形进行控制，使之成为与电源电压同相的正弦波。 　　5.3 功率因数校正技术 　功率因数校正基本原理 　PF=1的理想情形为； 　　（１）输入电流是无谐波畸变的标准正弦波，即ＴＨＤ＝０. 　　（２）输入电流基波与输入电压同相位，即cosφ1＝１、 　　　因此，欲提高线路功率因数，就必须最大限度的抑制输入电流的波形畸变，同时还必须尽可能的使电流基波与正弦电源电压之间的相位差趋于零， 　5.3 功率因数校正技术 5.3 功率因数校正技术 填谷式无缘校正 也可以用电容和二极管网络构成填谷式无缘校正。“填谷电路”是将交流整流滤波后的电流波形，从窄脉冲形状展开到接近于正弦波形状，相当于把窄脉冲电流波形中的谷点区域“填平”了很大一部分的电路。“填谷电路”是利用整流桥后面的填谷电路来大幅度增加整流管的导通角，通过填平谷点，使输入电流从尖峰脉冲变为接近于正弦波的波形，将功率因数提高到0.9左右，显著降低总谐波失真。 　　　5.3 功率因数校正技术 　　5.3 功率因数校正技术 　　5.3 功率因数校正技术 谐波的定义 (3)谐波次数 谐波频率和基波频率的整数比 (1) 基波 在傅里叶级数中，频率与原信号频率（工频）相同的分