发电机和变压器的谐波分析

发电机和变压器的谐波分析

      发电机是公用电网的电源，当在发电机励磁绕组中通以直流电流，并在磁极下产生按正弦分布的磁场时，定子绕组中将感应出正弦电动势，发电机输出电压波形为正弦波。但这只是理想的情况。实际电机中，磁极磁场并非完全按照正弦规律分布，因此感应电动势就不是理想的正弦波，输出电压中也就包含一定的谐波。这种谐波电动势的频率和幅值只取决于发电机本身的结构和工作情况，基本与外接负载无关，可以看成谐波电压源。在设计发电机时，采取了许多削弱谐波电动势的措施，因此，其输出电压的谐波含量是很小的。国际电工委员会(IEC)规定发电机的端电压波形在任何瞬间与其基波波形之差不得大于基波幅值的5%。因此，在分析公用电网的谐波时，可以认为发电机电动势为纯正弦波形，不考虑其谐波分量。

                                                         
                                                            式 2-47
 

    变压器的谐波电流是由其励磁回路的非线性引起的。加在变压器上的电压通常是正弦电压，该电压和铁心磁通是微分关系，即

    式中 N——变压器绕组匝数；

        φ——变压器铁心磁通。

    因此铁心中磁通也是按正弦规律变化的，只是其相位比电压相位滞后π/2。励磁电流和磁通的关系是由铁心的磁化曲线决定的。由于磁化曲线是非线性的，所以产生正弦磁通的励磁电流只能是非正弦的。图2-6给出了磁通为正弦波时励磁电流的波形，这里未考虑磁滞的影响。可以看出，图中的励磁电流已变成具有1/4周期对称特点的尖顶波了。对其波形进行了傅里叶级数分析可知，其中含有全部的奇次谐波，以3次谐波分量为最大。
 

                                  
                                     图2-6 不考虑磁滞影响时的磁通和励磁电流波形