變頻器因為採用了二極體/可控矽整流導致電流諧波嚴重,諧波嚴重了就得治理。治理電流諧波,首先得知道電路中諧波含量。

如何根據THDi計算電路中的諧波電流值

典型的變頻器輸入電流,畸變嚴重。二個尖峰,如兔子的耳朵,這個波形就得了個“兔子波”的名稱

對於這種週期性變化的波形,透過傅立葉級數展開,可以形成一個基波加一系列不同變頻/不同幅值的諧波。

知道了一個電流中的基波/諧波成份後,就可以利用有源濾波發生器來產生一個與原諧波頻率、幅值相等,但相位相反的電流來“中和”掉電路中的諧波。這個就是“有源濾波”的思路。這也是設計有源濾波器的人要掌握的基本工了。其中設計產生“反相”的諧波的技術比較複雜,得有一大部分電路配合。

但對於我們一般的人,這些基本工也顯得太複雜,且學會了也用不上。我們只會遇到:如果電路中有了諧波,我們要選配一個合適的“有源濾波器”接到電路上就可以了。具體這個有源濾波器的功率大小怎麼選,是我們普通人要掌握的。

本文就是用來說明怎麼選功率的。

表徵電路的諧波成分的指標,叫“畸變功率因數”

Distortion power factor

具體的演算法如下公式/定義,即

基波有效值在總的電流有效值中的佔比

如何根據THDi計算電路中的諧波電流值

Irms 表示總電流的有效值,具體的演算法是以下公式計算

如何根據THDi計算電路中的諧波電流值

I1 表示基波電流的有效值。在中國,就是50Hz電流的有效值。

I2,I3,I4……表示諧波電流的有效值。這些諧波值的平方根為記為Ih,即:

如何根據THDi計算電路中的諧波電流值

THD,英文全稱:Total Harmonic Distortaion,從上面的定義可以看出是Ih/I1 即諧波總的有效值與基波電流有效值的比值。

如何根據THDi計算電路中的諧波電流值

實際使用中,大家不用“畸變功率因數”來表徵電路中的諧波含量,而是用THD來表徵。

如何根據THDi計算電路中的諧波電流值

某變頻器顯示中心,提供了THDi數值,而不提供功率因數值。

在知乎上,有一位朋友用excel計算諧波電流的軟體,但沒有給出具體的計算方法。我想了好久,終於明白了他的演算法。

以其中的一個示例:

例如:某資料中心,變壓器的容量為2000kVA,變比為10/0。4 kV。η取值為0。8,THDi取值為35%,採用集中治理方案。注:一個有源濾波模組輸出電流200A。

此時濾波器怎麼選?

如何根據THDi計算電路中的諧波電流值

這是怎麼得到的呢?

如何根據THDi計算電路中的諧波電流值

題幹中只提及到資料中心,透過查行業的統計資料,知道資料中心的電流畸變率。按表中的推薦值取THDi=0。35

這道題裡有二個坑:

1,三相電的電功率計算方法

2,THDi的含義

先說三相電的電功率

變壓器變比為10/0。4 kV,這個0。4kV,應是輸出線電壓。三相電的功率:

如何根據THDi計算電路中的諧波電流值

這樣就可以算出變壓器輸出任一相的電流(Irms)

η=0。8,則:2000*0。8=1600kVA(輸出視在功率)

Irms=1600/(1。732*400)=2309A(輸出的總電流)

THDi=0。35代入下式,就得到了功率因數=0。944

如何根據THDi計算電路中的諧波電流值

算出基波電流=2309*0。944=2179A

根據THD的定義,就可以算出諧波電流:2179*0。35=762。9

這個結果與示例一致,這裡寫的演算應是該文作者的思路了。

網上也有一個諧波治理的案例,透過電流質量分析儀,可以得到電流中諧波的構成。

如何根據THDi計算電路中的諧波電流值

治理前後電流波形對比

如何根據THDi計算電路中的諧波電流值

治理前後的具體指標的變化

如何根據THDi計算電路中的諧波電流值

治理前後,電流成分分析對比。紅圈中主要諧波成份及有效值,治理後此部分基本消失