軟連接電力電子裝置等非線性裝置也要消耗無功功率，特別是各類相控裝置。 如軟連接相控整流器、相控交換功率調(diào)劑電路和周波變流器，在工作時基波電流滯后于電網(wǎng)電壓，要消耗大量的無功功率。另外，這些軟連接裝置也會發(fā)生大量的諧波電流，諧波源都是要消耗無功功率的。二極管整流電路的基波電流相位和電網(wǎng)電壓相位大致相同，所以根基不消耗基波無功功率?？墒撬舶l(fā)生大量的諧波電流，因此軟連接也消耗一定的無功功率。 近30年來，電力電子裝置的應(yīng)用日益普遍，也使得電力電子裝置成為最大的諧波源。在各類電力電子裝置中，軟連接整流裝置所占的比例最大。目前，軟連接經(jīng)常使用的整流電路幾近都采取晶閘管相控整流電路或二極管整流電路，其中以三相橋式和單相橋式整流電路為最多。帶阻軟連接感負載的整流電路所發(fā)生的諧波污染和功率因數(shù)滯后已為人們所熟悉。直流側(cè)采取電容濾波的二極管整流電路也是軟連接嚴懲的諧波污染源。這種電路輸入電流的基波分量相位與電源電壓相位大體相同，因而基波功率因數(shù)接近1。 軟連接但其輸入電流的諧波分量卻很大，給電網(wǎng)造成嚴重污染，也使得總的功率因數(shù)很低。另外，采取相控體例的交換電力調(diào)劑電路及周波變流器等電力電子裝置也會在輸入側(cè)發(fā)生大量的諧波電流。 三、軟連接無功功率的影響協(xié)調(diào)波的危害 1.無功功率的影響 ?。?）無功功率的增加，會致使電流增大和視在功率增加，從而使發(fā)電機、變壓器及其他電氣設(shè)備容量和導(dǎo)線容量增加。 。同時，電力用戶的起動及控制設(shè)備、丈量儀表的尺寸和規(guī)格也要加大。 （2）無功功率的增加，使總電流增大，因而使設(shè)備及線路的損耗增加，這是顯而易見的。 （3）使線路及變壓器的電壓降增大，如果是沖擊性無功功率負載，還會使電壓發(fā)生猛烈波動，使供電質(zhì)量嚴重下降。 2.諧波的危害 理想的公用電網(wǎng)所提供的電壓應(yīng)該是單一而固定的頻率以及規(guī)定的電壓幅值。諧波電流協(xié)調(diào)波電壓的呈現(xiàn)，對公用電網(wǎng)是一種污染，它使用電設(shè)備所處的情況惡化，也對周圍的能耐電力電子設(shè)備普遍應(yīng)用以前，人們對諧波及其危害就進行過一些研究，并有一定認識，但那時諧波污染還需要嚴懲沒有引起足夠的重視。近三四十年來，各類電力電子裝置的迅速使得公。用電網(wǎng)的諧波污染日趨嚴重，由諧波引起的各類故障和事故也不竭發(fā)生，諧波危害的嚴重性才引起人們高度的存眷。諧波對公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)的危害大致有以下幾個方面。 ?。?）諧波使公用電網(wǎng)中的元件發(fā)生了附加的諧波損耗，下降了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率，大量的3次諧波流過中性線時會使線路過熱甚至發(fā)生火警。 ?。?）諧波影響各類電氣設(shè)備的正常工作。 諧波對電機的影響除引起附加損耗外，還會發(fā)生機械振動、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴重過熱。諧波使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以至損壞。 ?。?）諧波會引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串連諧振，從而使諧波放大，這就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起嚴重事故。 ?。?）諧波會致使繼電呵護和自動裝置的誤動作，并會使電氣丈量儀表計量禁絕確。 （5）諧波會對鄰近的通信系統(tǒng)發(fā)生干擾，輕者發(fā)生噪聲，下降通信質(zhì)量；重者致使住處丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。 在供電系統(tǒng)中諧波電流的呈現(xiàn)已經(jīng)有許多年了。曩昔，諧波電流是由電氣化鐵路和工業(yè)的直流調(diào)速傳動裝置所用的，由交換變換為直流電的水銀整流器所發(fā)生的。最近幾年來，發(fā)生諧波的設(shè)備類型及數(shù)量均已劇增，并將繼續(xù)增長。所以，我們必須很慎重地斟酌諧波和它的不良影響，以及如何將不良影響削減到最小。 1 諧波的發(fā)生 在理想的清潔供電系統(tǒng)中，電流和電壓都是正弦波的。在只含線性元件(電阻、電感及電容)的簡單電路里，流過的電流與施加的電壓成正比，流過的電流是正弦波。 在實際的供電系統(tǒng)中，由于有非線性負荷的存在，當電流流過與所加電壓不呈線性關(guān)系的負荷時，就形成非正弦電流。任何周期性波形都可分化為一個基頻正弦波加上許多諧波頻率的正弦波。諧波頻率是基頻的整倍數(shù)，例如基頻為50Hz，二次諧波為100Hz，三次諧波則為150Hz。因此畸變的電流波形可能有二次諧波、三次諧波……可能直到第三十次諧波組成。 2 發(fā)生諧波的設(shè)備類型 所有的非線性負荷都能發(fā)生諧波電流，發(fā)生諧波的設(shè)備類型有：開關(guān)模式電源(SMPS)、電子熒火燈鎮(zhèn)流器、調(diào)速傳動裝置、不中斷電源(UPS)、磁性鐵芯設(shè)備及某些家用電器如電視機等。 (1)開關(guān)模式電源(SMPS)： 大大都的現(xiàn)代電子設(shè)備都使用開關(guān)模式電源(SMPS)。它們和老式的設(shè)備分歧，它們已將傳統(tǒng)的降壓器和整流器替換成由電源直接經(jīng)可控制的整流器件去給存貯電容器充電，然后用一種和所需的輸出電壓及電流相適合的體例輸出所需的直流電流。這對設(shè)備制造廠的益處是使用器件的尺寸、代價及重量都可大幅度地下降，它的缺點是不管它是哪一種型號，它都不克不及從電源羅致連續(xù)的電流，而只能羅致脈沖電流。此脈沖電流含有大量的三次及高次諧波的分量。 (2)電子熒光燈鎮(zhèn)流器： 電子熒光燈鎮(zhèn)流器最近幾年被大量采取。它的優(yōu)點是在工作于高頻時可顯著提高燈管的效率，而其缺點是其逆變器在電源電流中發(fā)生諧波和電氣噪聲。使用帶有功率因數(shù)校正的型號產(chǎn)品可削減諧波，但成本昂貴。 (3)直流調(diào)速傳動裝置： 直流電念頭的調(diào)速控制器通常采取三相橋式整流電路，它也稱作六脈沖橋式整流電路，因為在直流輸出側(cè)每周波內(nèi)有六個脈沖(在每相的半波上有一個)。直流電念頭的電感是有限的，故在直流電流中有300Hz的脈動波(即為供電頻率的6倍)，這就改變了供電電流的波形。 (4)不中斷電源(UPS)： 依照電能變換體例和由外部供電到內(nèi)部供電所用轉(zhuǎn)換體例的分歧，UPS有許多分歧的類型。主要的類型有：在線的UPS、離線的UPS和線路交互作用的UPS。由UPS供電的負荷總是電子信息設(shè)備，它們是非線性的而且含有大量的低次諧波。 (5)磁芯器件： 在有鐵芯的電抗器上的勵磁電流和磁通密度之間的關(guān)系總是非線性的。如果電流波形是正弦波(亦即電路中串連的電阻很大)那么磁場中會有高次諧波，這被認為是強迫磁化歷程。如果軟連接施加在線圈上的電壓是正弦波形(亦即串連的電阻很小)則磁通密度也將是正弦波形，而電流波形則含有高次諧波，這被認為是自由磁化歷程。 3 諧波引發(fā)的問題及解決法子 諧波電流在電源系統(tǒng)內(nèi)以及裝置內(nèi)均會造成問題。但其影響息爭決法子很是紛歧樣，需要分袂措置；適用于消除諧波在裝置內(nèi)不良影響的法子其實不克不及削減諧波在電源系統(tǒng)內(nèi)造成的畸變，反之亦然。 (1)裝置內(nèi)的諧波問題及解決法子： 有幾個常見軟連接多發(fā)的問題是由諧波引起的：電壓畸變、過零噪聲、中性線過熱、變壓器過熱、斷路器的誤動作等。 ①電壓畸變：因為電源系統(tǒng)有內(nèi)阻抗，所以諧波負荷電流將造成電壓波形的諧波電壓畸變(這是發(fā)生"平頂"波的根源)。此阻抗有兩個組成部分：電源接口(PCC)以后的電氣裝置內(nèi)部電纜線路的阻抗和PCC以前電源系統(tǒng)內(nèi)的阻抗，用戶處的供電變壓器即是PCC的一例。 由非線性負荷引起的畸變負荷電流在電纜的阻抗上發(fā)生一個畸變的電壓降。合成的畸變電壓波形加到與此同一電路上所接的全部其他負荷上，引起諧波電流的流過，即便這些負荷是線性的負荷也是如此。 解決的法子是把發(fā)生諧波的負荷的供電線路和對諧波敏感的負荷的供電線路分隔，線性負荷和非線性負荷從同一電源接口點起頭由分歧的電路饋電，使非線性負荷發(fā)生的畸變電壓不會傳導(dǎo)到線性負荷上去。 ?、谶^零噪聲：許多電子控制器要檢測電壓的過零點，以確定負荷的接通時刻。這樣做是為了在電壓過零時接通感性負荷不致發(fā)生瞬態(tài)過電壓，從而可削減電磁干擾(EMI)和半導(dǎo)體開關(guān)器件上的電壓沖擊。當在電源上有高次諧波或瞬態(tài)過電壓時，在過零處電壓的轉(zhuǎn)變率就很高且難于判定從而致使誤動作。實際上在每個半波里可有多個過零點。 ③中性線過熱：在中性點直接接地的三相四線式供電系統(tǒng)中，當負荷發(fā)生3N次諧波電流時，中性線上將流過各相3N次諧波電流的和。如那時三相負荷不服衡時，中性線上流經(jīng)的電流會更大。最近研究實驗發(fā)現(xiàn)中性線電流會可能大于任何一相的相電流。造成中性線導(dǎo)線發(fā)熱太高，增加了線路損耗，甚至?xí)龜鄬?dǎo)線。 現(xiàn)行的解決法子是增大三相四線式供電系統(tǒng)中中性線的導(dǎo)線截面積，軟連接最低要求要使用與相線等截面的導(dǎo)線。國際電工委員會(IEC)曾提議中性線導(dǎo)線的截面應(yīng)為相線導(dǎo)線截面的 200%。 ?、茏儔浩鳒厣撸航泳€為Yyn的變壓器，其二次側(cè)負荷發(fā)生3N次諧波電流時，其中性線上除有三相負荷不服衡電流總和外，還將流過3N次諧波電流的代數(shù)和，并將諧波電流通過變壓器一次側(cè)流入電網(wǎng)。解決上述問題最簡單的法子是采取Dyn接線的變壓器，使負荷發(fā)生的諧波電流在變壓器△形繞組中循環(huán)，而不致流入電網(wǎng)。 無論諧波電流流入電網(wǎng)與否，所有的諧波電流城市增加變壓器的電能損耗，并增加了變壓器的溫升。 ⑤引起剩余電流斷路器的誤動作：剩余電流斷路器(RCCB)是依照通過零序互感器的電流之和來動作的，如果電流之和大于額定的限值它就將脫扣切斷電源。呈現(xiàn)諧波時RCCB誤動作有兩個原因：第一，因為RCCB是一種電機械件，軟連接有時不克不及準確檢測出高頻分量的和，所以就會誤跳閘。第二，由于有諧波電流的緣故，流過電路的電流會比計較所得或簡單測得的值要大。大大都的便攜式丈量儀表其實不克不及測出真實的電流均方根值而只是平均值，然后假定波形是純粹弦的，再乘一個校正系數(shù)而得出讀數(shù)。在有諧波時，這樣讀出的成果可能比真實數(shù)值要低良多，而這就意味著軟連接脫扣器是被整定在一個十分低的數(shù)值上。 現(xiàn)在可以買到能檢測電流均方根值的斷路器，再加上軟連接真實的均方根值丈量手藝，校正脫扣器的整定值，即可包管供電的靠得住性。
