谐波对闪变的影响分析

作者：刘军成　来源：不详　时间：2006-5-23

【内容提要】本文分析了谐波与闪变的相互关系，从量值上说明了间谐波、次谐波对闪变的影响。 关键词：谐波、间谐波、次谐波、闪变、瞬时闪变、短时间闪变 谐波与闪变属于电能质量的主要问题之一。从起源上而言，这两种现象大都由非线性负荷的用电特性引起，从概念上而言，仅波动性非线性负荷能够同时引起上述两类物理现象，功率稳定的非线性负荷只引起谐波问题，理论上并不产生闪变现象。 1、 谐波问题 　　从广义上讲，区别于工频的其他频谱的电压、电流分量均属于谐波现象。 从IEC相关标准及国标的定义来看，通常所说的谐波（harmonics）定义为工频整数倍的频谱分量，介于各次谐波之间的分量即频率为工频非整数倍的分量称为间谐波(fractional harmonics 或inter-harmonics)，普遍地，将低于工频的间谐波称为次谐波(sub-harmonics)。相互关系如下表： 工频 谐波 间谐波 次谐波 f K*f(k：正整数) p*f(p：非正整数) q*f(0<q<1) 　　谐波现象是由于非线性负荷的固有特性决定的，设非线性负荷由纯正玄基波电压供电：U（t）＝A·cos(2·pi·f·t)，负荷用电特性为：Z（t）=f(t)，若Z（t）的阻抗幅值及阻抗角恒定，则电流波形与电压波形类似，仅发生了幅值及移相的变化；若Z（t）的幅值大小及相位大小遂时间发生变化，则电流波形将不再是与电压波形类似的纯正玄波了。 理论上而言，稳定的谐波源虽然引起母线供电电压波形畸变，但电压有效值是恒定的，并不引起电压幅值的变动，即不产生电压波动现象。 2、 闪变问题 　　闪变是由非线性波动负荷产生的，其实质是由电压的波动ΔV（t）的深度及其频度产生的。由于闪变的衡量是以灯光照度的变化为基础的，因而增加了人的感觉因素，也就是增加了仅人能够感觉得到的频度对闪变有直接贡献，由于频度的关系，因而与谐波、间谐波、次谐波产生了某种联系。根据IEC及UIE的测定分析，仅0.05～35HZ的电压波动对闪变有直接贡献，波动频率为8.8HZ时对闪变的贡献最大。IEC根据相关试验数据，在对闪变的物理过程分析的基础上，制定了闪变测试的详细方法及其步骤。那么，在载波信号中若伴随谐波分量，到底会对闪变产生什么样的影响呢？ 2．1载波与闪变 分析对于同一个调制波，不同的载波对闪变的影响。 设调制波为：m·cos(2×pi×8.8×t)，m＝0.25％为相对于载波幅值的调制幅度百分比。载波为：100·(cos(2×pi×f×t)+d* cos(2×pi×fs×t)，f＝50为载波主频率，d＝1％为谐波占基波的百分比，fs为谐波频率，在fs按下表取值情况下的瞬时闪变S（t）、短时闪变结果如下： 谐波频率fs（HZ） 瞬时闪变S 短时闪变Pst 0.5 0．9804～1．0438 0．7269 8.8 0．9803～1．045 0．7274 15 1．0989～1．0575 0．7309 20 1．0478～1．1305 0．7546 25 1．40571．5335 0．8775 30 2．5～2．722 1．1691 35 4．42～4.82 1．5562 40 52．8～68．5 5．8034 45 20．75～23．15 3．4047 55 23．63～29．3 3．7975 60 52．8～68．5 5．8034 65 20．74～23．15 3．4047 75 4．42～4．82 1．5562 85 1．40571～1．5335 0．8775 100 1．0471～1．1296 0．7544 115 0．9813～1．0429 0．7269 150 0．98145～1．042 0．7267 200 0．98145～1．042 0．7267 根据上述分析可见，载波信号的谐波（包括谐波、间谐波、次谐波）在IEC61000－4－15要求下对闪变还是有相当影响的，其频谱影响曲线如下： 　　通过上述分析可见，载波中含有小于100HZ以下的谐波成分将对闪变产生很大的影响，在上述分析设定的调制波情况下，20～80的谐波对闪变的影响较大。 2．2载波的谐波成分对闪变的影响分析 根据IEC 61000-4-15的平方解调方法，设分析的信号为： U(t)=A×(1+m×cos（Ωt）)×(cos(wt)+d×cos(wnt)) 式中：A工频载波电压的幅值 d 载波电压中wn次谐波占工频的百分数 m调幅波电压占工频幅值的百分比 Ω调幅波频率 w 工频角频率 wn谐波角频率 则：平方解调后的信号的幅值及其对应频率如下表（不包括直流分量） 角频率 幅值(无谐波时) 幅值(有谐波wn时) Ω mA2 mA2(1+d2) 2Ω m2A2/4 (m2A2/4)(1+d2) 2w A2(1+ m2/2)/2 (A2(1+ m2/2)/2)(1+d2) 2(w+Ω) m2A2/8 (m2A2/8)(1+d2) 2(w-Ω) m2A2/8 (m2A2/8)(1+d2) 2w+Ω m2A2/2 (m2A2/2)(1+d2) 2w-Ω m2A2/2 (m2A2/2)(1+d2) 2wn   A2 d2 (1+ m2/2)/2 2(wn+Ω)   m2A 2 d2/8 2(wn-Ω)   m2A 2 d2/8 2wn+Ω   m2A2 d2/2 2wn-Ω   m2A2 d2/2 W+wn   A2d(1+m2/2) w-wn   A2d(1+m2/2) W+wn+Ω   m A2d W+wn-Ω   m A2d W+wn+2Ω   m2 A2d/4 W+wn-2Ω   m2 A2d/4 W-wn+Ω   m A2d W-wn-Ω   m A2d W-wn+2Ω   m2 A2d/4 W-wn-2Ω   m2 A2d/4 　　在载波不含谐波的情况下，通过0.05～35HZ的带通滤波，基本剩余波动分量m×cos（Ωt），但是在含有小于100HZ的谐波情况下，波动分量变为(1+d2)×m×cos（Ωt），同时还存在不可忽视的其他分量，这些分量的共同作用在谐波频率为20～80HZ时在上述分析的调制波情况下表现比较强烈，从而形成对闪变的直接贡献。 3、结论 1、 载波中频率大于100HZ的谐波、间谐波对闪变没有直接贡献。 2、 载波中频率小于100HZ的间谐波、次谐波对应不同的调制波对闪变有直接贡献。 3、 经分析，间谐波、次谐波含量小于0.01％以下，对闪变的贡献才会表现不很突出。