纹波形成后,会产生纹波电压。 受纹波分量的影响,配电变压器在运行过程中铜损会降低。 也就是说,如果配电变压器的负载电压存在纹波干扰,其电压的有效值就会被放大,导致配电变压器在工作状态下释放出更多的热量,而这些热量最终会被浪费掉。 一般来说,谐波电压分量的频率与基波电压的频率成正比,后者是前者的数倍。 根据热损失相关的估算公式,在纹波的影响下,这三个量之间存在成比例上升效应的关系。
纹波电压是频率为原周期电压频率整数倍的余弦分量的统称。
一般来说,理想的交流电源应该是纯正弦波,但由于现实世界中的输出阻抗和非线性负载,电源波形是失真的。 如果电流频率为60Hz,通过傅里叶变换分析失真电流后,其电流成分可以分解为不仅有噪声(60Hz),而且有外部频率(120Hz、180Hz、...)分量的组合。 其外部频率的分量称为纹波:。 检测负载的大量使用导致大量的纹波电压,形成电流的纹波分量,间接污染市电。 此外,一些市售发电机或UPS本身的输出电流并不是纯正弦波,甚至不是方波。 失真比较严重,纹波成分占很大比重。
纹波电压是所有纹波问题的症结所在,纹波电流也是由纹波电压引起的。 因此,在研究纹波造成的损害时,主要关注纹波电压的损害。 纹波电压的危害主要有七个方面:
1.导致电缆过热
当纹波电压流过电缆时,会导致电缆过热。 造成这些现象的原因是交流电压的集肤效应。
集肤效应是交流电压流过导体时,集中在导体表面的一种化学现象。 电压的频率越高,电压越集中在导体表面。 由于集肤效应,当频率较高的纹波电压流过导体时,导体的有效截面积大于导体的实际截面积。 小的截面积意味着更大的阻力,也就意味着会形成更大的热量。 当高频纹波电压流过导体时,导体的电阻大于基波电压,所以相同幅值的纹波电压比基波电压产生更多的热量。
2.导致变压器过热
当纹波电压流过变压器时,会导致变压器放出额外的热量,在变压器未达到额定功率时造成体温过低,导致变压器实际容量下降。 在工业上,一些变压器的负载主要是逆变器、中频炉等纹波源设备。 这时发现变压器只达到50%负载时,水温过高。 在商业上,随着一些建筑物的节能灯和以PC为代表的信息设备等非线性负载的减少,变压器过热的现象也十分普遍。
低温会缩短变压器的寿命。 为防止变压器过热电磁炉电流过大是什么原因,当负载为纹波源时,必须对变压器进行降额(使变压器不工作在额定功率)。 专门在纹波条件下使用的一种变压器称为k电平变压器。 这些变压器的定子和铁芯都是根据更高功率的情况设计的,以承受纹波电压产生的额外热量。
纹波电压之所以会导致变压器过热,是因为纹波电压降低了线圈定子的电阻损耗(称为铜损)和铁芯的损耗(称为泊松比)。 纹波电压在导线中造成较大损耗的原因是集肤效应。
纹波电压降低磁芯损耗的原因是磁芯的涡流损耗和磁滞损耗。 涡流损耗的含义是线圈形成的交流磁场在铁芯上感应出电压,该电压在铁芯内阻上发热造成能量损失。 电磁炉就是基于这个原理。 另一个是磁滞损耗,它是磁芯内部磁畴在磁场作用下不断翻转所消耗的能量。
这两部分损耗与频率有关,频率越高,损耗越大。
3、造成无功补偿装置损坏
纹波电压对无功补偿装置的影响也很普遍,这实际上已经成为企业节能技术改造中无法回避的问题。 节能改造大量使用变频器,变频器形成严重的纹波电压。 这种纹波电压对原无功补偿装置造成了不同程度的损坏。 常见现象包括:
无功补偿装置不能投切:这种情况多发生在无功补偿控制器带有纹波保护装置时。 当测得的纹波电压过大时,设备进入保护状态,同时显示纹波电压过大。 提示信息;
无功补偿装置中的熔断器熔断:这是由于流过补偿装置的电压过大造成的;
无功补偿装置中的电容器爆裂:这是由于补偿电容器中流过的电压过大导致电容器过热引起的。
有时,除了无功补偿器故障外,甚至变压器也会损坏。 纹波电压造成这种危害的根本原因是无功补偿装置与变压器组成的电路中纹波电压的LC并联谐振。 LC并联谐振会造成电压模式,烧毁无功补偿装置。
4、三重纹波的特殊危害
处理纹波问题时,三次纹波电压是非常值得关注的问题。 三个纹波电压之所以危害很大,是因为三个纹波电压叠加在中性线上,会导致中性线电压过大,产生火灾隐患。
5.对其他电子设备的不良影响
纹波电压越来越多地对其他电子产品造成不利影响。 这主要是因为现代电子设备对电能质量的要求越来越高。 当电源电流中含有较多的纹波电流成分时,会对电路造成不良影响。
读者需要清楚,纹波电压本身不会影响其他设备。 我们所说的其他设备上的纹波效应是由纹波电流引起的。 也就是说,当纹波电压流过系统阻抗时,会形成纹波电流,而纹波电流对电子设备产生不良影响。
纹波电流对其他设备的不利影响主要表现在以下几个方面:
数控设备、PLC、数控车床等,故障;
信号采集系统、测量仪器等精度降低;
电机发出啸叫声并过热。
6.导致意外关闭
纹波电压引起的典型故障现象是误合闸,即当电路负载远离额定负载时,电路保护装置动作。
纹波电压引起电路保护器件意外动作的机理取决于电路保护器件的工作原理。 由于电路保护器件种类繁多,工作原理各不相同,深入分析其误动机理不在本讲范围内。 下面列出一些原因,供读者参考。
三相电路之所以合闸,多是由于峰值电压过大电磁炉电流过大是什么原因,使电路保护装置动作。 由以上分析可知,三相检波电路的电压波形为脉冲波形。 由于电压持续时间短,要输出相同的功率,脉冲电压的幅值必须高。 换句话说,脉冲电压必须提供与正弦波电压相同的功率,或者换句话说,脉冲电压必须与正弦波电压具有相同的有效值,并且脉冲电压的峰值必须是远低于正弦波电压的峰值。 高多少与检测电路中检测电容的大小、负载大小等激励因素有关,约2~3倍。 如果电路保护装置通过测量峰值电压来动作,它就会发生故障。
当电路保护装置的触发条件包括负序电压时,如果该电压中含有较大的负序纹波电压分量(如5阶纹波电压),则可能触发电路保护装置。
7.造成额外的能量损失
纹波电压引起的额外功耗主要表现在两个方面:无功功率和内阻损耗。
功率等于电流和电压的乘积。 只有电流和电压同频同相,即电流和电压同频同相时,形成的功率才是有功功率。 纹波电压的频率不同于基波电流的频率,所以形成的功率是无功功率。
流过变压器和电缆的纹波电压会产生热量。 根据能量转换定理,这部分热量也一定来自发电厂。 因此,如果减少纹波电压引起的各种热量,则可以节省能源。
由于电力电子设备、变频器、中频炉等的大量使用,纹波电压的危害早已成为最严重的电能质量问题。 解决纹波电压危害最有效的方法是在纹波源位置去除纹波电压。 这时候以上七个方面的问题都迎刃而解了。 如果限于条件,只能在总线上采取措施,有些故障现象可能不会消失。
对配电变压器热寿命的影响
影响配电变压器热寿命的因素主要有两个:①温度; ②防潮。 纹波对配电变压器热寿命的影响是通过提高其温升,通过降低其本体温度来降低其损耗来实现的。 热点温升与配电变压器的热寿命有着密切的关系。 因此,只有研究配电变压器存在纹波时的损耗,才能得出纹波如何影响配电变压器热寿命的结论。
在纹波源处清除纹波电压最有效的方法是安装HTHF纹波混频器。 HTHF纹波混频器适用于各种单相六脉冲检测电路设备。 无需任何调试即可立即连接使用。 是解决纹波电压的理想设备。
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