晶闸管变流器工作时需要吸收无功功率,在电网中测量时会产生很大的谐波电流。
先说谐波。什么是谐波?简单地说,50 Hz的电压或电流波在电力系统中称为基波,它要么是50Hz的电压或电流,要么是电压谐波或电流谐波(或谐波电流)。
晶闸管是非线性元件,电网中也存在非线性负载,如大功率整流器、中频炉、变频器、劣质节能灯等。这种设备的工作电流与电压不成正比。
发电机产生的电能本来是在50Hz的比较规则的频率,但如果负载是非线性器件,就会产生谐波。例如,在单相整流器中,50Hz的基波被“舍入”成具有100Hz、150Hz、200 Hz等分量的信号。、和谐波出现。这种能产生谐波的设备通常被称为“谐波源”。
谐波数:谐波的频率与50Hz的比值就是谐波的个数,例如150Hz称为三次谐波,350Hz称为七次谐波,以此类推。
在电网中,奇次谐波很常见,最多的是3、5、7、9次。偶次谐波很少。因为谐波频率越高(频率越高),谐波衰减越快,所以电网中21以上的谐波很少,所以谐波的监测和治理不超过21。
因为谐波也是能量,是负载从电源提供的能量中产生的,又回到电网中(本身并不需要),这就形成了类似于电机建立磁场的能量——需要电源但不消耗——也就是无功功率。这就是晶闸管需要“吸收无功功率”的原因。
因为这种无功功率,晶闸管的功率因数当然会降低。
增加谐波如何影响功率因数?
这是一个复杂的问题。需要用到更深层次的数学知识。这里我们只给出结论。
从功率因数的基本定义公式可知:
η=带/PS的P
在谐波的情况下,加上谐波的参数,然后通过更复杂的数学运算,我们可以得到这样一个公式:
η =(I1/I)?cosφ
=λ?cosφ
其中包括:
λ称为基本因子。I1为基波电流,I为总电流。
Cosφ,称为相移因数,或基波功率因数。
从公式中可以看出,基波因数反映了谐波对功率因数的影响。显然,当总电流I一定时,谐波电流越大,基波I1越小,即基波因数越小,从而功率因数也越小。
移相因数(基波功率因数)是基波电流相对于电压的滞后,这是一个大家熟悉的计算公式。
以前电网中DC设备很少,所以谐波不多。在大多数情况下:
基波电流I1 ≈总电流I,
因此,基波因子λ≈1。
所以有:η≈cosφ。
这就是为什么我们习惯把cosφ等同于功率因数。
所以,过去我们对谐波并不了解,或者在谐波较小时,在考虑无功补偿时主要考虑移相因子的作用。从长远来看,我们把基波功率因数(相移因数)作为电网的功率因数。
所以在谐波的情况下,基波因数λ小于1,即使移相因数= 1,电网的功率因数也小于1。也就是说,当有谐波时,仅用电容补偿是很难达标的。