不可忽視的低壓用電中的諧波源

摘要：各種低壓電器設備，有不少電器含有非線性元件，會產生諧波電流。它們會對電力系統造成影響，加重電力網的諧波污染。

關鍵詞：低壓用電 諧波源

0 引言

各種低壓電器設備，在市政生活和企事業單位應用十分廣泛，在其中，有不少電器含有非線性元件，會產生諧波電流。主要有電視機、各種節能燈、電冰箱、洗衣機、微波爐、電磁爐、計算機、激光打印機、充電器、各種醫療和科研用的儀器和設備、調速驅動(例如空調用壓縮機、高層建筑用的大型電梯)等。它們大都是應用晶閘管、小功率的整流裝置等電力電子元件，有的電器帶小容量變壓器，其勵磁電流所占比例較大，雖然其單個容量小(數十瓦到數千瓦)，但數量較多且分布很廣，它們產生的高次諧波也會對電力系統造成影Ⅱ自，加重電力網的諧波污染。

1 非線性照明用電

近些年各種節能燈得到廣泛應用，效率比白熾燈高許多。但白熾燈是線性負荷，而節能燈幾乎都是諧波源。但大多節能燈的諧波電流畸變率比電視機要低，不同種類和型式節能燈的主要諧波電流的相位也有所分散。主要的節能燈有熒光燈、高壓氣體放電燈和調光白熾燈等。

1.1 熒光燈各種熒光燈的諧波電流含有率相差很大。以前用的是普通的長管熒光燈，現在愈來愈多的是緊湊型燈，其諧波特點有以下幾點：

1.1.1 特征諧波電流全為奇次諧波。線繞鎮流器的電流含有率3次諧波較高，可達8～10％。電子鎮流器型脈沖式各齊次含有率15～18％，其中3次為70～80％，次數愈高，含有率愈低；高頻時各諧波含有率低，一般為3～15％。

1.1.2 緊湊型燈中采用線繞鎮流器的有并聯電容器，以提高功率因數，降低電流和線損，但電容器起明顯放大諧波的作用。

1.1.3 采用電子鎮流器的需經整流再逆變，產生出20～60HZ的電力經過高頻變壓器饋供給燈管，故除了3～19各齊次諧波電流外。尚有極高頻率的諧波電流含量。

1.2 高壓氣體放電燈高壓氣體放電燈利用有～定壓力的汞、鈉、鏑、銦和金屬鹵化物的蒸汽，放電時有負電阻特性，故串接非線性的鑲流器、高壓鈉燈和汞燈用得較多。高壓氣體放電燈主要用于街道、廣場、體育館、露天礦等處的照明，其諧波特征是主要產生3、5、7次諧波，其量隨燈具的容量而幅度增大。

1.3 調光白熾燈調光白熾燈或其它家用電器的電力調節電路是通過用可控硅切除正弦電流的一部分來調節負載電流的大小。其特征諧波電流全部為奇次諧波，不同控制角a的諧波電流含量不同，一般a越大，諧波電流含量越大。

2 電視機

低壓電器中對電網諧波影響最大的電器就是電視機群。由于采用單相橋式整流電容平波電路，其整流元件要等到整流電壓大于電容器的儲能電壓時才能導通。故交流側電流只有正弦波的波頭部分。其特征諧波全部為奇次諧波，而且諧波的峰值與基波峰值相重合。同一相電壓供電的多臺電視機產生的諧波相位相同，而且同時間的使用率高，造成配電網諧波的增大。特別是3次、5次、7次及9次尤為嚴重。

3 家用電器

3.1 空調機隨著經濟發展和人民生活水平的提高，空調用電連年飚升。由于空調機功率較大(每臺600W到數千瓦)，因此在許多城市中空調負荷將躍居市政用電的榜首。因此，空調用電在性質上屬于線性還是非線性，與未來城網背景諧波的漲幅密切相關，相關測試表明，空調機諧波電流大小依工作方式而變，只開風扇時，THDi％為6～9％，制冷時為20～27％，制熱時為22～34％，諧波分布為2～17次。可見，無論是制冷還是制熱，THDi都不小。而單臺的各次諧波電流比電視機的還要大得多。況且空調機的工藝不斷改進，變頻空調應用已日益廣泛，變頻裝置的諧波含量與分布更大，因此就配電網的諧波管理來講，皮對各型空調機的諧波量進行調查，并制訂相關標準。

3.2 電冰箱家用電冰箱的功率和彩電差不多，其諧波電流含有率比彩電小得多，但電冰箱諧波參與夜晚出現的家電諧波高峰。其諧波主要是3次、5次和7次，其中含有率3次為10～13％，5次為3～5％，7次為0.5～2％，7次以上小于0.8％。

3.3 洗衣機洗衣機的功率與電冰箱接近，諧波電流畸變率稍大。但每天開機時間短，參與夜晚出現的家電諧波高峰的同時系數不大。例如，洗衣機產生的諧波含有率3次21-40％，5次4 5～9％，7次3～6％，9次1～4％，13次以上很小。

4 計算機

隨著信息時代的到來，家用計算機和企事業單位計算機應用已開始普及，一般計算機用電負荷和諧波電流主要是顯示器CRT的非線性用電，它和彩電十分相似。

計算機整機運行和顯示器單獨運行相比，第3～11次諧波電流含有率稍減，而第13、15、17次諧波電流含有率稍增。由于計算機的諧波含有率高，諧波電流相位和電視機的諧波電流重合，而且商場和家用計算機的普及，以及多班制工作的計算機房的計算機都要參與夜晚出現的家用諧波高峰。所以計算機的諧波影響將迅速增大。另外，各種打印機、復印機、游戲機的用電性質以及諧波含有率也與計算機相類似。

5 電池充電器等

電池充電器是對各種可充電電池充電的裝置，其容量隨充電時電池的容量和個數而定。在我國小容量的充電器應用較為廣泛，國外應用更為普通，容量較大的對蓄電池充電的充電器使用量也在增加。隨著今后電力汽車的使用，它可能成為產生諧波的一種主要的家用電器。充電器的接線同單相普通整流回路，其電流通過分解可得各次齊次高次諧波。作為供電系統的負載，還應計及變壓器的勵磁電流。對于充電器來講，勵磁電流在負載電流中所占比例將遠大于電力變壓器的情況。

6 結束語

通過大量的分析和測試表明，除電視機、充電器、調光設備、計算機等以上介紹的幾種日常低壓電器外，凡帶有相位控制電路或由簡單的整流電源(特別是半波整流方式)供電的其它家用低壓電氣設備，如放電燈具、聲頻放大器、真空吸塵器、信息技術設備、便攜式電動工具、微波爐等電炊具都是低壓電網中不可忽視的諧波源。對于這些電氣設備，由于數量很多，不可能象對大容量諧波源那樣逐個進行對電網諧波干擾的控制，只能通過制訂設備的產品標準，控制其注入電網的諧波成分，防止其對電網及電網中其它電氣設備的相互干擾。