建筑电气设计中电源谐波问题砌究

建筑电气设计中电源谐波问题砌究

摘要：电源谐波的产生，是影响建筑电气使用质量的一个关键因素，现代电气设计中经常会遇到谐波现象，本文从其产生的来源入手，对谐波的危害性以及抑制措施进行简单的探讨。

关键词：建筑电气设计 电源谐波 抑制措施

在现代建筑设计中，大量智能化设施的使用，对电气设备产生的一定的影响，比如电子、电力设施以及计算机的使用，都会产生大量的非线性负荷，也就是电源谐波。而电源谐波的产生，会对供电质量产生一定的影响，影响用户的正常用电，因此，正确认识电源谐波的危害，以及其产生的来源，采取有效的抑制措施，对于提高供电质量有着十分重要的意义。

1、电源谐波的来源

1.1变压器的谐波

非正弦波形是变压器的励磁电流所具有的特征，因而变压器谐波是由磁路非线性电感引起的。对于尖顶波和平顶波来讲，都含有奇次谐波，且两者中含有的次谐波量最大。主要是由于磁路的非线性产生了正弦波磁通所致。然而，变压器的谐波含量与工作状态有关系。变压器在正常工作时，谐波含量不会太大。额定电压在空载或在轻载时，铁心工作就会进入饱和区，变压器的感应电动势便会在励磁电流产生压降的情形下含有谐波成分。但是在额定的电压负载之下，因变压器中的励磁电流很少，便可忽略波形畸变。

1.2电力电子变流装置的谐波

家用电器、电力电子设备的广泛使用，给电力系统带来了大大小小的谐波源。由于设备本身的结构和工作性质决定了电力设备产生的谐波含量，所有这种设备都可以看作是恒定的谐波源。当谐波电流进入电力系统后，会在电力系统内产生谐波压降，这些压降很容易造成系统中电压产生畸变。

1.3低压电器的谐波

在现代建筑中使用的电器设施大多数都是由低压电网供给电源的，由于很多电器设施都带有小容量的变压器和整流装置，使得电器中的励磁电流在总电流中占的比例较大，即使单个电器的容量小，可能只有十几瓦，大的也只有几千瓦，然而其数量太大，产生的高次谐波会对建筑电力系统造成严重的影响。因此，在现代智能建筑电气设计中必须治理好建筑的谐波，解决好谐波产生的不良影响。这样对提高智能建筑的功能和效益有着十分重要的意义。

2、电源谐波及危害性分析

(1)源谐波的产生会使产生附加谐波损耗。当附加谐波损耗增加时，电气设备的温度就会升高，而导致电气设备温度升高的原因主要有两个方面：第一是电源谐波的产生使得变压器的损耗增加，铜损也随之增加，导致设备发热；第二是电源谐波的产生使得设备的铁损增加，尤其带有三角形接法的变压器，电源谐波的产生在该设备中会引起三倍的负荷而导致设备发热更加明显。(2)谐波对敏感电子设备的主要影响，过零检测以基波频率为基准的电子设备，因谐波的影响造成过零误动作，这种多个过零破坏电子设备的运行；谐波会引起楼宇自动化、消防报警、办公自动化、安全防范等系统的电子装置误动作，甚至无法工作。(3)引起系统各类继电保护和自动控制装盖误动和拒动。在我国的电力系统中受谐波影响而导致工作失误或性能劣化的装置中，以继电保护和自动装置为最多。这些继电保护和自动控制装置通常都是按照工作于所加电压或电流为工业频率和正弦波形而设计的，谐波的存在使它们的正常工作条件受到干扰，严重时将造成误动作。(4)对计仪表产生影响，电力测量仪表通常是按工频正弦波形设计的，当有谐波时，将会产生测量误差。对通信系统产生干扰，谐波会对邻近通信线路产生谐波电压的静电干扰和谐波电流的电磁干扰，谐波干扰会引起通信系统的噪音，降低信号的传输质量，降低语言或图像的清晰度，干扰严重时会破坏信号的正常传递，引起信号的丢失，使系统无法正常工作。(5)谐波对办公、民用低压电器的影响。计算机、绘图仪、打印机和很多家用电器、灯具既是小型或微型谐波源，又是受谐波有害影响的电器，谐波会使计算机数据丢失，程序出错，甚至损坏。

3、电气设计中谐波抑制的方法

3.1采用LC组成的无源调谐滤波器(Passive Power Filter)

以前传统的谐波补偿办法主要是采用LC组成的无源调谐滤波器，由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成。它利用电容、电感在谐波频率时发生谐振，提供谐波入地的低阻通路，使谐波导人大地脱离电网。它工作在基波时呈容性，能够同时补偿电网中感性无功功率，具有结构简单、技术成熟、前期投资少、功率容量大、运行可靠性高、运行费用低等优点，一直被广泛使用。

3.2有源电力滤波器(Active Power Filter-APF)

有源滤波器是20世纪80年代以来逐渐兴起的谐波抑制新方法，目前已经成为谐波抑制的一种趋势。有源电力滤波器也是电力电子装置，原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个大小相同极性相反的谐波电流，从而达到补偿谐波的效果，使电网电流只含有基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，补偿特性不受电网阻抗的影响，因而受到广泛的重视。

3.3高功率因数变流器整流装置是电力系统的主要谐波源

对整流装置改进，使其尽量不产生谐波，并且电流电压同相位，称高功率因数整流器或高功率因数变流器。主要包括，采用整流电路的多重化，采用PWM(脉

宽调制Pulse Width Modulation)整流电路，采用带斩波器的二极管整流电路，矩阵式变频电路等等。

4、结语

在影响电能质量的诸多因素中，电网谐波是较为常见也十分重要的一个方面，现代建筑谐波的来源主要有两个方面，一方面是公共电网中产生的谐波含量超过了电子设备本身对谐波含量的承受能力，造成设备的损害和数据的丢失；另一方面，大量的非线性负荷的产生对电气设备造成严重的资源污染，导致电压和电流发生即便，进而产生谐波。因此，我们应当正确认识谐波产生的途径，并且采取有效的抑制措施，确保将谐波产生的影响降到最低。