电动机产生的感性无功能量及谐波对电力系统的危害.doc

电动机产生的感性无功能量及谐波对电力系统的危害我曾在前面的博文无功的产生一文中阐述了，感性无功能量，是由供电系统供给的总有功电能（视在功率）通过电动机在转化成为机械能的过成中伴随着交变磁场产生的，无功电能就是由电网供给的总有功电能转化而来的，其量值为：1Kvar/1KW。三相异步电动机工作运行时，它同时亦是系统中的“谐波源”(电动机产生的多次谐波)，“感性无功源”。 那么这些无法被电动机利用的无功能量及谐波能量，在整个系统中起了什么作用呢？对整个系统都产生了哪些影响呢？在我具体阐述之前，首先解释两个名词:涡流效应和激肤效应闭合铁磁体（如矽钢片）处于交变磁场中，交变的磁通量在铁磁体中，形成涡电流。很像水的旋涡,所以称做涡流。“涡流效应”在铁磁体中产生的的涡电流很大，使铁磁体温升，电流的热效应可以使铁（或金属）的温度达到很高的，甚至是铁（或金属）的熔点，使铁熔化。由此可见“涡流效应”不但会白白损耗电能,使用电设备效率降低,而且会造成用电器(如变压器铁芯)发热,严重时将影响设备正常运行。“激肤效应”，交流电通过导体时,导体内部产生交感磁场，形成涡流，使导体内电流密度升高,对于原电场驱动的有效电流来说，导体内部阻抗很高，原电场驱动的电流只能从导体表面流过。使导体表面电流密度也加大,这种现象称为“激肤效应”，产生“激肤效应”的原因是由于感抗的作用,导体内部比表面具有更大的电感L,因此对交流电的阻碍作用大,使得电流密集于导体表面。“激肤效应”使得导体的有效横截面减小,因而导体对交流电的有效电阻比对直流电的电阻大。交流电的频率越高, “激肤效应”越显著（谐波能量本身就是一种表现为高频脉冲电流的能量），频率高到一定程度,可以认为电流完全从导体表面流过，使原来的导体实质上成了一个空芯导管，因此在高频交流电路中,必须考虑“激肤效应”的影响。“涡流效应”和“激肤效应”是同时作用于导体和线路的一种现象的两种电效应，“涡流效应”表现为导体内电流密度升高，使导体温升。“激肤效应”则是由于“涡流效应”引起的原电场驱动的电流只能从导体表面流过，使导体表面电流密度升高，使导体温升。显然导体内外的电力密度都很高，造成温升加剧，电能损耗加剧。我们了解过了：电动机的“本证特性”，电磁转换是电动机定子的功能，“定子”是电网终端的感性负载，它在完成电磁转换的同时，必然产生既定量的无功电能回馈给电网。电动机转子受定子旋转磁场的牵引而运转，将磁场能量转化为转轴的扭矩，因此可以认为：磁场能量转化为机械能是通过转子来实现的。带绕组的转子以相对均匀的角速度在一个按规律交变的定子旋转磁场中运行，在转子绕组中产生一个（倍频）交变电场并形成按转子角速度旋转的交变磁场，并反作用于定子绕组，在定子绕组中又产生二次交变电场，并形成多次谐波回馈给电网无功能量与谐波能量在现实中的产生是相互叠加的,谐波能量本身就是一种表现为高频脉冲电流的能量，与无功能量相互叠加后将会叠加出非常复杂的变化的各种波频的“混频能量”。这部分能量，不但不能够对电动机的运行起到任何有益贡献，而且在系统中还造成了多方面的负面影响。无功能量与谐波能量对电动机的影响:无功能量和谐波能量在电动机内部的定子、转子磁钢体，线包上形成“涡流效应”、“激肤效应”造成大量的铁损、铜损，使电动机温度升高，工作效率降低，大量的电能转化成了热能被消耗掉。不但增大了有功能量的消耗，还影响了电机的寿命。无功能量与谐波能量对线路的影响：如前所述，电动机运行时所产生的无功能量及谐波能量，对电动机的运行无任何益处。那么这些能量都已什么样的形式，被消耗在哪些系统中了呢？众所周知，这些能量无疑是消耗在配电、供电系统中。是以 W=3I2R 的热当量消耗在上述系统中。这就是通电导体温升的原因。注：I代表电流：R代表线路阻值，R值的大小随电流变化及温度高低而变化。 显然有大量的无功电能造成线路导体温升，阻值增大，以电流的热效应形式被大量的消耗在线路中。无功能量与谐波能量相互叠加形成的多种高频电能在线路中形成“激肤效应” 使得导体的有效横截面减小,因而导体对交流电的有效电阻增大，能耗加剧。无功能量与谐波能量对变压器的影响:同样无功能量与谐波能量相互叠加形成的能量在变压器铁芯内形成“涡流效应”、 “激肤效应”，造成大量的铁损；不但白白损耗电能,使用变压器效率大大降低,而且会造成变压器铁芯发热,严重时将影响设备正常运行。如果大量的无功电能涌入上一级电网，将会引起电网的电压波动，还会带来输电线路的损耗加剧。通过上述分析我们不难看出：电动机产生的感性无功能量及谐波能量对电力系统的危害，不但加剧能耗、降低用电设备使用效率、缩短用电设备电气使用年限，同时还对电网质量的影响巨大。电动机在将电能转化成机械能的过程中存在大量的