关键字 |
| 吊扇、Daubechies谐波,被动过滤器、个人电脑、电能质量、三相感应电动机,小波变换。 |
介绍 |
| 由于越来越多的非线性负载分布系统,谐波的存在是不可避免的[2]。常见的电力系统谐波源的例子包括娱乐设备如电视、录像机和音频放大器、信息技术设备,如个人电脑、打印机和传真机、变速电动机驱动空调,准备食物和烹饪产品,如微波炉、炉灶面和照明产品,包括电子镇流器、紧凑旋入式荧光灯(节能灯),和其他能量转化设备,各种各样的灯。 |
| 画这些非线性负载产生的谐波电流突然短脉冲,而不是在一个平滑的正弦方式和破坏网络的组件在用户的设备。高水平的谐波失真会导致增加等影响变压器、电容器、电动机或发电机加热,电子设备的误动作(依赖于电压过零检测或波形敏感),不正确的阅读米,保护继电器误动作和干扰电话电路。因此有发生电能质量损失非正弦电压和电流波形[3]。这需要研究的综合效应的不平衡和非线性电力系统电压和电流。 |
| 本文考虑的一些主要谐波产生负载三相感应电动机、个人电脑和吊扇。电能质量分析仪(PQA-PW3198)被用来促进上述的实验分析电能质量问题。被动的过滤器和小波变换应用于降低总谐波失真。使用小波变换的优势是,它可以检测和分类不同的电能质量问题。 |
| 答:谐波消除使用被动过滤器: |
| 有两类解决方案可用于缓解的谐波减少谐波的原点(进入系统之前)或应用过滤来减少不良谐波[4]。有许多方法来减少谐波的来源。然而,在大多数情况下,减少或消除谐波的来源是有效的只有在设计或新设施的扩张阶段。对于现有的设施,谐波滤波器通常提供最低成本的解决方案。 |
| 谐波滤波器可以分为两种类型:主动过滤器和被动过滤器。活跃的过滤器是商业上可行的产品只对大功率应用,功率因数校正电容器已经存在的地方。它通常使用被动滤波更划算。典型的无源滤波器插入在供应方面的三相感应电动机是图1所示。 |
| b .小波谐波消除: |
| 小波分析是一种强大的信号处理方法,尤其适用于非平稳信号的分析[5],[6],[7]。小波与零均值和快速短期振荡波形衰减到零振幅两端扩张和转移到改变他们的时频分辨率。小波的小波系数作为权值来表示信号在这些位置和尺度。可以进行连续小波变换和离散函数分别称为连续小波变换(CWT)和离散小波变换(DWT)。 |
| 小波分解理论是信号能量集中使用少量的大系数。落入一个拒绝乐队的系数下降和那些不是位于乐队保留或萎缩。信号通常是分解成几大系数而扭曲的信号产生小系数。这个属性在小波变换有助于抑制谐波信号的一部分。 |
| 一般小波谐波消去法所得的三个步骤:将扭曲的信号,分解的阈值小波系数,重构信号,如图2所示。在第一步中,信号转化为小波域和由其系数在不同的尺度上。这一阶段要求三个元素被选择。他们即母小波的类型、母小波的顺序,和分解的水平[8],[9]。一旦这些参数设置,可以进行小波分解。进行小波消谐方法可以使用硬或软阈值。 |
实验分析 |
| 三相感应电动机: |
| 三相感应电动机也称为异步电动机是最常用的一种电动机在工业应用。一些感应电动机的优点是设计简单,成本低,运行可靠,容易更换,各种各样的风格和不同的环境。大部分的感应电动机的性能影响是由于质量差的权力,可以认定为电压不平衡、电压波动、开槽、噪音、凹陷,低频瞬变,干扰,谐波失真等。[10]。电机电压谐波频率产生额外的热量,增加涡流和磁滞损耗。 |
| 最常用的谐波指标来确定畸变的程度的电流总谐波失真(THD),它被定义为的比例的总和所有谐波组件的权力基础的力量,如方程1中给出。 |
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| 数据收集和分析进行三相感应电动机无源滤波器使用PQAas图3所示。 |
| b .个人电脑: |
| 计算机负载和系统被越来越多地用于工业,商业和住宅领域。这些负载的性质是这样的,他们不仅画扭曲的电流从源,但可以极大地扭曲了电源电压波形造成中断系统的性能。开关模式电源(smp)用于计算机加载画高度扭曲的电流源。大量的奇次谐波。包括triplens存在 |
| 实验设置分析ofharmonics由个人computeris如图4所示。PQA用于谐波分析和消除使用小波变换。 |
| c .吊扇: |
| 天花板风扇是印度家庭不可缺少的电器设备提供救济的温暖、热带气候。几乎每一个城市电气化家庭至少2到3吊扇。印度球迷制造商协会估计风扇市场的规模在2007年3000万名球迷的年增长率10%。不是一个风扇电机输出功率从正常规律的正弦波形,由高频谐波。这种设备将超过通常的THD 5 - 6%的可接受范围。这样一个非正弦波形的磁铁直接运行电机,使其旋转。谐波有效扭转磁铁的极性,导致汽车的嗡嗡作响,降低它的生命。 |
| 实验设置产生的谐波进行分析吊扇是如图4所示。PQA是用于分析谐波消除使用小波transforms.A。三相感应电动机在空载条件下: |
| 实验分析了三相感应电动机在空载条件下使用PQA。获得的畸变电流波形如图5所示。谐波分析的数据列在表1。 |
| 从表1,它是观察到第五阶谐波电流分量占主导地位的价值的9.79%,目前10.18%的拉力。以来第五次谐波是这个问题,主要的无源滤波器用于消除谐波分量和结果与小波变换方法。 |
| 使用无源滤波器过滤电流波形对三相感应电动机在空载条件下,如图7所示。 |
| 为了消除的谐波失真信号利用小波变换,信号与所有母小波进行了测试。中,“Daubechies 19”母小波被发现是适合这个应用程序。信号分解到不同层次和试验和错误分解级别被选中。分解10级了可观的结果。过滤信号决定通过选择只在6级近似分量(a6),因为它表现出更好的减少(THD。图7显示了db19应用的近似系数波形失真信号图五所示。过滤后的信号通过这种方法Fig.8所示。 |
| 谐波分析进行了三相感应电动机在空载条件下使用PQA与无源滤波器和小波方法列表如表2。 |
| 使用被动过滤器,第五阶谐波失真减少到8.0%,而小波方法提供减少约0.98%,87.75%的改善性能而无源滤波器。当前失真减少到8.98%使用被动过滤器使用小波变换和4.78%,提高46.6%的性能。百分比减少峰值振幅与小波变换获得3.0%和1.25%的被动的过滤器。从结果可以看出,小波变换是最适合这个应用程序。 |
| b .三相感应电动机满载条件下: |
| 实验分析了三相感应电动机满载条件下使用提供PQA扭曲Fig.9电流波形如图所示。谐波分析的数据列在表3。 |
| 从表3,它是观察到第五阶谐波电流分量占主导地位的价值的5.77%,目前6.1%的拉力。因为第五阶谐波主要在这个问题,消除谐波的无源滤波器设计组件与小波变换方法和结果进行比较。 |
| 当前波形与无源滤波器对三相感应电动机在空载条件下如Fig.10所示。 |
| 应用小波方法Daubechies (db19)扭曲的母小波信号图9所示提供过滤信号如Fig.11所示。过滤信号决定通过选择只在6级近似分量(a6),因为它表现出更好的减少(THD。 |
| 进行谐波分析对三相感应电动机满载条件使用PQA与无源滤波器和小波变换方法列表如表4。 |
| 扭曲的电流波形THD的6.1%减少到5.39%使用被动过滤器和4.96%使用小波变换,与一个7.98%的性能。通过使用被动过滤器,第五阶谐波失真减少到5.18%,而小波方法提供了1.55%,提高70.07%的性能。百分比减少峰值振幅与小波变换方法获得了8.9%和5.4%,被动的过滤器。从结果可以看出,小波变换是最适合这个应用程序。 |
| 它是观察到的结果与三相感应电动机在空载和满载情况下,小波变换提供了更好的结果。因此,为消除非线性负载的谐波像个人电脑和吊扇,只有小波方法的应用。 |
| c .个人电脑在打开: |
| 的实验分析进行personalcomputer打开期间,使用提供PQA Fig.12畸变电流波形如图所示。应用小波方法Daubechies (db19)扭曲的母小波信号图12所示提供了过滤信号如图所示示。过滤信号决定通过选择只在6级近似分量(a6),因为它表现出更好的减少(THD。 |
| 比较原始数据之间的调和细节从PQA和小波方法列表如表5,在打开电脑。当前的谐波失真a6 23.7%减少到4.74%的水平。5谐波分量占主导地位的13.38%减少到0.45%。过滤信号的振幅比例减少was14.67%。 |
| d .吊扇: |
| 实验分析进行aceiling风扇提供了扭曲的信号来自PQA Fig.14所示。 |
| 应用小波方法Daubechies (db19)扭曲的母小波信号图14所示提供过滤信号如15所示。过滤信号决定通过选择只在6级近似分量(a6),因为它表现出更好的减少(THD。 |
| 之间的调和细节比较原始数据从PQA waveletmethod吊扇是列在表6。位置1,电流谐波失真小波方法的5.91%减少到4.89%。位置4,当前的谐波失真小波方法的3.24%减少到2.822%。5谐波分量,主要在位置4 3.0%减少到0.1285%。过滤信号的振幅比例减少was1.1%。 |
结论 |
| 的电压和电流波形进行了分析使用PQA三相感应电动机,个人电脑和天花板风扇在不同的负载条件下。可以看出由于存在显著的扭曲在当前使用的非线性负载。在三相感应电动机,第五阶谐波被发现的,因此相应的无源滤波器的设计。小波分析进行使用Daubechies 19作为母小波和成功有一个过滤纯正弦波形与减少5阶谐波提供更好的结果比被动的过滤器。此外,小波方法实现的其他负载,如个人电脑和吊扇获得减少电流谐波失真。可用性的各种谐波减排技术,研究正在进行最好的减少(THD。 |
确认 |
| 作者感谢Visveswaraya科技大学,Belgaum资助该项目。我们也感谢BNM理工学院及其在电气和电子研发中心部门提供实验室设备进行分析与PQA提出分析和缓解使用被动过滤器和非线性负载的谐波小波变换。 |
表乍一看 |
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数据乍一看 |
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| 图1 |
图2 |
图3 |
图4 |
图5 |
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| 图6 |
图7 |
图8 |
图9 |
图10 |
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| 图11 |
图12 |
图13 |
图14 |
图15 |
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引用 |
- 库尔特博士Schipman,弗朗索瓦•Delince博士“良好的电能质量的重要性”ABB电能质量产品,比利时。
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