在我们常年的工程实践中,经常发现中性线电压过大,大约等于基准电压,有时达到基准电压的1.7倍; 传统的焊机理论告诉我们,当单相电路的负载平衡时,中性线电压为零,或者很小。 为什么现在这个理论是错误的? 虽然这是由于零线上3倍和3倍的纹波电压叠加造成的。 下面详细分析三种波纹的产生原因、危害及解决方法。
1、三重涟漪形成的激励机制
第三纹波电压主要来自三相检波电路。
图1是典型的三相检测电路。 电路中的电容器是平滑电容器,大多数检测电路中都包含该电容器,否则直流电流的谐波很大。 该电容是第三纹波电压的主要贡献者。
图1 三倍纹波来源
熟悉电路的人都知道,平滑电容器的电流充电到交流电峰值后,一直保持在交流电峰值附近。 当交流电的电流高于电容器上的电流时,电网上没有电压流入负载。 此时,负载的电压由电容器提供。 随着输出电压的升高,电容器的电流开始减小。 在某一时刻,交流电源的电流将低于电容器的电流。 此时,栅极上的电压将流入电容器(对电容器充电,导致电容器上的电流下降)和负载中。 为此,电网仅在接近电流峰值时才向负载输入电压,且电压的形状呈脉冲状。 根据傅立叶分析,这些脉冲波形中含有丰富的三阶纹波成分。
2、产生第三次纹波的主要负载
当今社会几乎所有电子电路都需要直流电源才能工作,因此探测器电路无处不在。 对配电系统产生重大影响的典型设备包括:
1.通讯设备、UPS电源
2、以笔记本为代表的信息设备和办公手动设备
3、小型医疗设备
4、以电视机为代表的家用电器,特别是变频空调、电磁炉等。
5、节能灯、调光灯等照明设备
6、大尺寸LED屏
电视机和电脑的电压是很窄的脉冲波,是三相检波电路的典型电压波形。 事实上,任何使用开关电源作为直流电源的设备都会形成这些电压波形。 这是三次纹波电压的主要来源。
目前大量使用的大型LED屏均采用多台开关电源并联供电,因此LED屏形成的第三纹波电压很大。 调光灯通过控制晶闸管的导通角来控制电流的有效值。 因此,他的电压不是正弦波,而是左右图所示的波形。 这些波形具有陡峭的上升沿,因此还包含更高阶的纹波。 节能灯也是目前常见的负载,其电压也是脉冲状的。 事实上,在现代建筑中,节能灯引起的三次纹波电压已成为主要危害。
三、三倍纹波引起的故障
图2 三阶纹波的典型故障
1、三个纹波导致变压器过热
当纹波电压流过变压器时,变压器的损耗会减少,进而导致变压器的温度过低。 其中,因第三次纹波电压导致变压器过热的情况最为严重。 当所有负载都是信息设备和节能灯时,变压器的容量往往只能达到标牌上标称容量的50%。
变压器的中间定子湿度很高,即使变压器尚未达到额定功率。 这是因为第三纹波电压在中间定子中产生循环电流。
2. 三重波纹导致关闭
尽管实际电压未达到保护阈值零线电流过大危害,但过流保护装置却意外动作,因为在相同有效值下,包含第三纹波的电压具有较大的峰值。
3、三波纹导致零线过热
中性线电压超过地线电压,尽管三相负载平衡,常常导致中性线过热。 零线过热的原因是零线电压过大。 中性线与基准线不同。 它没有过流保护装置,所以电压过大时不会得到保护,只能发热。 在正常的配电系统中,中性线的截面积并不大于(甚至小于)地线,超过地线的电压必然会导致中性线过热; 中性线上没有安全装置,不能像地线那样过流,在一定条件下手动切断。 因此,零线上电压过大,必然会导致零线过热。
四、第三纹波的解决方法
上面提到了三纹波的形成以及三纹波容易引起的故障,那么如何解决三纹波问题呢? 目前,治疗三波纹的有效方法有两种:
图3 3倍纹波解决方案
1.有源混频器(LBAPF)
当对电流失真率要求较高时,可以使用有源混频器。 需要注意的是,主动混合器仅对其安装位置的上游有影响,对下游没有影响。 因此,要注意安装位置。 不能安装在变压器上端,这样只能增加变压器本体温度,对降低中性线温度没有作用。
2. 三级纹波中性混频器
如果对电流畸变率没有严格要求,而只是为了消除三次纹波电压的各种不利影响,那么使用中性纹波电压阻断器是最经济有效的方式。 只需在变压器的次级侧安装一个即可保护整个系统免受三次纹波电压的影响。 并且其作用只是消除了第三次纹波电压的影响,对于改善整个系统的电能质量作用不大。
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