【正文】 .............................................................................................. 24 6 結(jié)論 ..................................................................................................................... 25 致 謝 .......................................................................................................................... 26 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................... 27 畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 .................................................................... 28 iii 畢業(yè)設(shè)計（論文）獨創(chuàng)性聲明 ......................................................................... 29 附錄 ............................................................................................................................ 30 附錄 A 電路原理圖 ............................................................................................. 30 附錄 B PCB 布線圖 ............................................................................................. 31 附錄 C 外文翻譯 ................................................................................................. 30 1 緒論 1 1 緒論 電能是一種經(jīng)濟(jì)、實用、清潔且容易控制和轉(zhuǎn)換的能源形態(tài)，是電力部門向電力用戶提供由發(fā)、供、用三方共同保證質(zhì)量的一種特殊產(chǎn)品。隨著科學(xué)技術(shù)和國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各種工業(yè)生產(chǎn)對電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的要求越來越高，電能質(zhì)量的高低，已成為影響國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。然而，現(xiàn)代電力電子設(shè)備和非線性負(fù)載的大量使用又造成電能污染日趨嚴(yán)重，電能質(zhì)量成為電力部門及其用戶日益關(guān)注的問題。因此對電能質(zhì)量進(jìn)行檢測與分析具有重要的意義。 電能質(zhì)量問題的提出 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是電力電子技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)中沖擊性、非線性負(fù)載不斷增加，使得電網(wǎng)出現(xiàn)諧波污染、電壓波動、閃變、功率因數(shù)降低、三相不平衡 等問題。這些問題嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。同時，人類社會已經(jīng)進(jìn)入以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的信息型社會，高速計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、數(shù)字存儲器等電子設(shè)備在人們的生活、生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，這些精密設(shè)備對電能的供應(yīng)提出了更高的要求。 用電需求增加和電力系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大，非線性、沖擊性、不平衡性的負(fù)荷日益增多，所導(dǎo)致的各種電能質(zhì)量問題也越來越嚴(yán)重，造成電網(wǎng)供電質(zhì)量降低，運行狀況惡化。電能質(zhì)量引發(fā)的糾紛和電網(wǎng)事故呈上升趨勢，電能質(zhì)量的檢測管理和電力污染的治理工作變得越來越重要。電能質(zhì)量問題已引起各國電力工 作者的高度重視豫 電能質(zhì)量通常包括電壓質(zhì)量和電流質(zhì)量。電壓質(zhì)量包括電壓偏差、電壓頻率偏差、電壓不平衡、電磁暫態(tài)現(xiàn)象、電壓波動與閃變、短時電壓變動、電壓諧波、電壓間諧波、電壓缺口、欠電壓、過電壓等；電流質(zhì)量與電壓質(zhì)量密切相關(guān)。電流質(zhì)量包括電流諧波、間諧波、電流相位超前與滯后、噪聲等。研究電流質(zhì)量有助于電網(wǎng)電能質(zhì)量的改善，降低線路損耗，但不能概括大多數(shù)因電壓原因造成的質(zhì)量問題，而后者往往并不總是用電造成的。為了提高電能的傳輸效率，除了要求用戶汲取的電流是單一頻率正弦波外，還應(yīng)盡量保持該電流波形與供電電壓相同。 目前，諧波、電磁干擾、功率因數(shù)降低己并列為電力系統(tǒng)的三大公害。電能質(zhì)量問題主要由終端負(fù)荷側(cè)引起，如沖擊性無功負(fù)載會使電網(wǎng)電壓產(chǎn)生劇烈波動，進(jìn)而降低了供電質(zhì)量。隨著電力設(shè)備在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，它既給現(xiàn)代工業(yè)帶來節(jié)能和能量變換積極的一面，同時又對電能質(zhì)量帶來了新的更加嚴(yán)重的損害，已成為電網(wǎng)的主要諧波污染源。諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲，并使絕緣老化，壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波還會引起電力系統(tǒng)局部發(fā)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量被 放大，致使電容器等設(shè)備 燒毀。因而消除供配電系統(tǒng)中的高次諧波問題對改善電能質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行有著非常積極的意義。 1 緒論 2 電能質(zhì)量定義 電能質(zhì)量是指通過公用電網(wǎng)供給用戶端的交流電能的質(zhì)量。理想狀態(tài)的公用電網(wǎng)應(yīng)以恒定的頻率、標(biāo)準(zhǔn)正弦波和額定電壓對用戶供電。同時，在三相交流系統(tǒng)中，各相電壓和電流的幅值大小應(yīng)相等、相位對稱且相差 120 度。但由于系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、變壓器和線路等設(shè)備非線性或不對稱、負(fù)荷性質(zhì)多變，加之調(diào)控手段不完善及運行操作、外來干擾和各種故障等原因，這種理想狀態(tài)并不存在。因此，產(chǎn)生了電網(wǎng)運行電力設(shè)備和供用電 環(huán)節(jié)中的各種問題，也就產(chǎn)生了電能質(zhì)量的概念。電能質(zhì)量的具體指標(biāo)通常為國家技術(shù)監(jiān)督局相繼頒布的涉及電能質(zhì)量五個方面的國家標(biāo)準(zhǔn)，即：供電電壓允許偏差，供電電壓允許波動和閃變，供電三相電壓允許不平衡度，公用電網(wǎng)諧波，以及供電頻率允許偏差等的指標(biāo)限制。圍繞電能質(zhì)量含義，從不同角度理解通常包括： (1) 電壓質(zhì)量。給出實際電壓與理想電壓間的偏差，以反映供電部門向用戶分配的電力是否合格。電壓質(zhì)量通常包括電壓偏差、電壓頻率偏差、電壓不平衡、電磁暫態(tài)現(xiàn)象、電壓波動與閃變、短時電壓變動、電壓諧波、電壓間諧波、電壓缺口、欠電壓、過電壓 等。 (2) 電流質(zhì)量。電流質(zhì)量與電壓質(zhì)量密切相關(guān)。為了提高電能的傳輸效率，除了要求用戶汲取的電流是單一頻率正弦波外，還應(yīng)盡量保持該電流波形與供電電壓相同。電流質(zhì)量通常包括電流諧波、間諧波、電流相位超前與滯后、噪聲等。研究電流質(zhì)量有助于電網(wǎng)電能質(zhì)量的改善，降低線路損耗，但不能概括大多數(shù)因電壓原因造成的質(zhì)量問題，而后者往往并不總是用電造成的。 (3) 供電質(zhì)量。它包括技術(shù)含義和非技術(shù)含義兩部分。技術(shù)含義有電壓質(zhì)量和供電可靠性 。非技術(shù)含義是指服務(wù)質(zhì)量，包括技術(shù)供電部門對用戶投訴與抱怨的反應(yīng)速度和電力價目的透明度等。 (4) 用電質(zhì) 量。用電質(zhì)量反映供用電雙方相互作用與影響的責(zé)任和義務(wù)，它包括技術(shù)含義和非技術(shù)含義等。技術(shù)含義包括對電力系統(tǒng)電能質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)的影響和要求。非技術(shù)含義是指用電責(zé)任和義務(wù)的履行質(zhì)量，如用戶是否按時、如數(shù)繳納電費等。 國內(nèi)外對電能質(zhì)量確切的定義至今尚沒有形成統(tǒng)一的共識。 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)調(diào)委員會已經(jīng)給出了 power quality(電能質(zhì)量 )的技術(shù)定義，合格電能質(zhì)量的概念是指，給敏感設(shè)備提供電力和設(shè)置的接地系統(tǒng)均適合于該設(shè)備正常工作。國際電工委員會 (IEC)也給出了定義，電能質(zhì)量定義是指在電力系統(tǒng)中某一指定點上電壓的 特性，這些特性可根據(jù)預(yù)定的基準(zhǔn)、技術(shù)參數(shù)來評價。根據(jù)這一定義，可以認(rèn)為電能質(zhì)量就是電壓質(zhì)量，合格的電能質(zhì)量應(yīng)當(dāng)是恒定頻率和恒定幅值的正弦波形電壓與連續(xù)供電。但大多數(shù)專家認(rèn)為，對現(xiàn)代電能質(zhì)量的定義應(yīng)理解為 “導(dǎo)致用戶電力設(shè)備不能正常工作的電壓、電流或頻率偏差，造成用電設(shè)備故障或錯誤動作的任何電力問題都是電能質(zhì)量問題 ”，這個定義概括了電能質(zhì)量問題的成因和后果，當(dāng)然這里的 “偏差 ”應(yīng)作廣義的理解，它還包括供電可靠性的問題。 電能質(zhì)量的指標(biāo) 理想的三相交流供電系統(tǒng)的三相交流電壓是平衡的，其幅值和頻率都是恒量。電壓 和1 緒論 3 電流的波形為正弦無畸變波形。電能質(zhì)量通常用電網(wǎng)的實際狀況與理想系統(tǒng)的差距來衡量。主要有五個指標(biāo)：電壓偏差、頻率偏差、諧波含量、電壓波動和閃變、三相電壓不平衡度。 電壓偏差 電壓偏差是指電力系統(tǒng)各處的電壓偏離其額定值的百分比，當(dāng)用電設(shè)備端子上出現(xiàn)電壓偏差時，其運行參數(shù)和壽命將受到影響，影響程度視偏差的大小、持續(xù)的時間和設(shè)備狀況而異，電壓偏差計算公式如下： 電壓偏差（ ％ ） ＝ （實際電壓 － 額定電壓） /額定電壓 *100％ () 目前， GB123251990《供電電壓允許偏 差》中規(guī)定：電壓偏差是在正常運行條件下應(yīng)保持電網(wǎng)各點電壓在額定的水平上。其中： 35kv 及以上供電電壓和對電壓質(zhì)量有特殊要求的用戶為＋ 5％ ~－ 5％； 10kv 及以下高壓供電和低電壓用戶為額定電壓的＋ 7％ ~－ 7％；低壓照明用戶為額定電壓的＋ 5％ ~－ 10％為了保證用電設(shè)備的正常運行，在綜合考慮了設(shè)備制造和電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)合理性后，對各類用戶設(shè)備規(guī)定了如上允許偏差值，此值為工業(yè)企業(yè)供配電系統(tǒng)設(shè)計提供了依據(jù)。 頻率偏差 我國的電力系統(tǒng)額定頻率為 50Hz，頻率偏差是指電力系統(tǒng)頻率的實際值和額定值之差，用下式 表示： Nfff ??? () 式中 Δf為頻率偏差， f 為系統(tǒng)的實際頻率， fN為系統(tǒng)的額定頻率，即 50Hz。頻率偏差對電力系統(tǒng)極其設(shè)備的影響，取決于偏離值的大小和偏移持續(xù)時間。概括地說正負(fù) 之內(nèi)主要是經(jīng)濟(jì)問題，即引起設(shè)備的效率降低。偏離值超過了正負(fù) 不僅使設(shè)備效率降低，還有可能危及設(shè)備的安全，輕則 引起不可逆的累積性損傷，重則立即損壞設(shè)備，導(dǎo)致系統(tǒng)瓦解甚至崩潰。 電網(wǎng)諧波含量 諧波即對周期性的變流量進(jìn)行傅立葉級數(shù)分解得到頻率大于 1 的整數(shù)倍基波頻率的分量。電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的根本原因是由于系統(tǒng)中某些設(shè)備和負(fù)荷的非線性特性，即所加的電壓與電流不成線性關(guān)系而造成的波形畸變。波形畸變后，會產(chǎn)生高次諧波。這是因為對一個周期性非正弦量（如電壓、電流、磁通等）進(jìn)行傅立葉級數(shù)分解，即可得到一個同頻率的和很多整數(shù)倍頻率的正弦波之和，即基波和各次諧波。對諧波的測量一般包括：各次諧波分量幅值和相位，各次諧波含有率（ HR）、總諧波畸變率（ THD）、諧波功率（ Ph）。 為了定量表示電力系統(tǒng)正弦波形的畸變程度，采用以各次諧波含量及諧波總量大小表示的下列波形畸變指標(biāo)： (1) 諧波含有率（ HR）： h 次諧波分量的有效值（或幅值）與基波分量的有效值（或幅值）之比。 1 緒論 4 (2) 總諧波畸變（ THD）：諧波總量的有效值與基波分量的有效值之比。 理論上，諧波測量通常是利用諧波分析的方法求出信號的各次諧波（電壓或電流）的幅值和相角，然后由相應(yīng)公式可以方便的求出總諧波畸變率（ THD）、諧波功率（ Ph）。 電網(wǎng)諧波的增加，將導(dǎo)致電器設(shè)備壽命縮短，網(wǎng)損加大，系統(tǒng)發(fā)生 諧波諧振的可能性增加，同時可能引起繼電保護(hù)和自動裝置的誤動，儀器指示和電度計量不準(zhǔn)以及通信受干擾等一系列問題。由于諧波引起的損耗以及電氣設(shè)備絕緣壽命的縮短所造成的等值損失量也很可觀。如果電網(wǎng)中諧波嚴(yán)重超標(biāo)或發(fā)生諧波諧振，則損耗將大大增加。提高電能質(zhì)量，防止諧波的危害，限制電力系統(tǒng)的諧波，就是要把上列指標(biāo)限制到國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許范圍之內(nèi)。 電壓波動和閃變 電壓波動是指一系列電壓變動或工頻電壓包絡(luò)線的周期性變化。電壓波動值為電壓均方根值的兩個極值 Umax和 Umin 之差 ΔU，通常以其額定電壓 UN的百分?jǐn)?shù) 表示其相對百分值，即： %100*/ NUUV ??? ()電壓的快速變動是指供電電壓在兩個相鄰的，持續(xù)一定時間的電壓均方根值 U1 和 U2之間的差值，稱為電壓變動。通常以額定電壓的百分?jǐn)?shù)來表示電壓的相對百分值。即： %100*/)( 21 NUUUV ?? ()在不超過 30ms 的期間內(nèi)，同方向的二次或二次以上的電壓均方根值的變動，只算作一次變動。也就是說，同方向小于 30ms 的快速變化不計入電壓變動。在單位時間內(nèi)電壓變動的次數(shù)稱為電壓變動的頻度。一般以 1/min 或 1/s 為單位。 供電系統(tǒng)中電壓的波動和閃變多是由用戶的波動性負(fù)荷引起的，波動性負(fù)荷可分為周期性波動負(fù)荷和非周期性波動負(fù)荷兩類。周期性或近似周期性的波動負(fù)荷對閃變的影響更為嚴(yán)重。波動性負(fù)荷在系統(tǒng)阻抗上將引起電壓降上的波動。當(dāng)負(fù)荷波動時，系統(tǒng)功率和系統(tǒng)阻抗越大，則導(dǎo)致的電壓波動 越大，這取決于供電系統(tǒng)的容量，供電電壓，用戶負(fù)荷大小，類型，電動機(jī)起動頻度和功率等。 三相不平衡度 電力系統(tǒng)的三相不平衡是由于三相負(fù)載不平衡以及系統(tǒng)元件參數(shù)的不對稱所致。當(dāng)三相電源電壓畸變不對稱時，對于三相