谐波和无功功率是两件事情,但它们之间有关系。
我们知道,流过电感的电流与电感两端的电压之间存在如下关系:,其原因就是感性负载需要建立磁场能。当线路中的电流是正弦电流时,它对时间的导数是余弦,所以电压会超前电流90度。我们把电感从电源吸取的用于建立磁场的功率叫做无功功率。
同理,电容也会消耗电源能量,会建立电场能,它从电源吸取的用于建立电场的功率也叫做无功功率。
不过,在交流电路中,感性负载的电压超前电流,而电容负载的电流超前电压。
值得注意的是:电感和电容从电源吸取了无功功率,产生了无功电流。由于无功电流流过电源与负载之间的导线和电缆,无功电流在导线和电缆的线路电阻上产生了有功能量消耗,造成电缆发热。所以供电部门和工厂企业中,都想方设法消除掉无功功率。由于交流电路中以感性无功功率居多,所以用补偿电容来加以补偿,以此消除无功功率的影响。
学过傅立叶级数就知道,对于标准的正弦函数,我们是不可能分解出傅立叶级数的,它只有自身也即基波。但如果正弦函数曲线出现缺失,那么我们就一定能分解出对应的傅立叶级数。
这其实就是谐波的概念:对于正弦工频基波,它不可能出现谐波。但如果我们用晶闸管去切基波,则一定会产生谐波。
上图中1图是基波。
2图是被晶闸管切割后的电压波形,其中被切除掉的的电角度是控制角,未切除部分的电角度是导通角。
3图是出现谐波后的电压波形。
3图是叠加了谐波后的实际电压波形曲线。实际电压波形只是略有缺失,不会如此夸张。
那么无功功率与谐波抑制之间有何关系?
我曾经写过几篇文章,专门讨论此事,如下:
Patrick Zhang:低压电气和低压电器技术之15——浅谈低压配电系统的无功补偿(1)
Patrick Zhang:低压电气和低压电器技术之15——浅谈低压配电系统的无功补偿(2)
低压电气和低压电器技术之15——浅谈低压配电系统的无功补偿(3)
低压电气和低压电器技术之15——浅谈低压配电系统的无功补偿(4)
低压电气和低压电器技术之15——浅谈低压配电系统的无功补偿(5)
在我的书《低压成套开关设备的原理及其控制技术》中,在4.5节“电容补偿主回路”中也专门讨论了此事。
原来,我们利用电抗与电容的谐振来抑制谐波,并由此衍伸出许多专门技术。