电力电子设备与电能质量

1、恶化电能质量
    电力电子设备由于电力电子器件的非线性和快速开关特性，属于非线性时变负荷，根据电路相关理论，此种负荷极易产生谐波等污染电能质量。
1.1 整流装置
    图一所示为单相桥式整流装置电路图及其原边电压电流波形图，此种电路广泛应用于整流器中。

图一、单相桥式整流电路图及其原边电压电流波形图
如图一所示，开关器件的控制角为 ，变压器原边电流的有效值等于整流电流 ，将原边电流分解成傅氏级数为

          (1)
图一中 为变压器原边（电源侧）电流基波波形，基波电流的有效值为

      (2)  
电源侧电流的畸变因数为

       (3)

     根据功率因数的定义，整流装置的功率因数是由畸变因数与位移因数的乘积决定，畸变因数不会为 1，所以即使整流器的位移因数为 1（对应控制角 为 0），整流器的功率因数仍然不会为 1，因此电网中如果采用大量的整流装置进行电能变换势必引起电网功率因数下降，而功率因数下降又会引起电网无功加大，从而造成供电电压的下降，影响用户侧电能质量。
    此外，电流畸变因数越高表明电源侧电流中高次谐波的含量越高，而高次谐波将会损坏变压器造成变压器铁损过大。
    1.2 逆变装置
    逆变装置广泛应用于电解、加热和电力传动中。三相桥式逆变装置的电路原理如图二所示。
    如图二所示，将相电压用傅氏级数展开 (以 A相为例 )为

       (4)
    线电压的傅氏展开式为

      (5)

    由展开式可知，相电压和线电压的谐波含量相同，谐波中含量最高的为五次谐波，含量为基波的 20%，其次为七次谐波，含量为基波的 14.3%，谐波使电网的电流电压发生畸变，严重影响了电能质量，从而引起电动机等负载附加损耗加大，造成发热，减少寿命。
    虽然目前采用变压器级联的方式可使逆变周期内阶梯数目增多，具有降低谐波含量的作用，但谐波污染仍然是逆变器不可忽视的问题。

图二、三相桥式逆变电路及其相 /线电压波形图