电能质量和照明 (部分 1)

介绍

关于照明产品对配电系统的影响的关注都集中注意 电能质量. 可怜的电能质量会浪费能源和电气系统的容量; 它可能会损害两者的配电系统，并在系统中运行的设备.

有许多元件中的电源系统，影响两个主要参数; 功率因数和谐波. 电动马达, 一些照明灯具, 变压器等电感性和电容性设备引进无功功率的系统, 因而涉及损坏功率因数. 这些组件需要工作的无功功率.

非线性负载，如UPS, 电脑系统, 荧光灯具, 节能灯, 数码电子产品, 等. 被扭曲的电流波形和引入谐波对电力系统.

什么是电能质量?

对于配电系统, 功率质量是在何种程度上的线电压是恒定振幅的正弦波. 图 1 显示了一个120伏的波形 (在), 60-赫兹 (赫兹) 理想的电能质量电压线. 在交变电流电路, 电子流向电源的一半周期的和远离电源的另一半.

在 60 赫兹, 电压波完成一个周期，每 1/60^日 第二的, 或大约每 17 毫秒 (1/50^日 第二的, 或 20 以毫秒为单位 50 Hz系统). 与电力公司的发电机或分布系统的问题可能会导致严重的电能质量问题，如电压下降和瞬变, 两者都可以降低照明系统的寿命和其它电气设备. 高水平的失真 (从正弦波偏差) 在配电系统中还可能会损害电气设备.

不像电压下降和瞬变, 但, 失真通常是由系统上操作的电气装置.

对于一个特定的电气装置, 术语功率质量描述了该装置既歪曲的电压波形和变化的电压和电流之间的相位关系的程度. 如果装上理想的电源质量特性既歪曲了供电电压，也影响了电压电流的相位关系.

图 1 – 对于120V电压波形, 60与理想的电能质量赫兹电源

平滑的正弦波不失真电压的特性. 在频率 60 赫兹, 波重复每 16.7 毫秒. 振幅为170V; 的根均方 (有效值) 波的值是120V.

如何照明系统影响电能质量?

图 2 – 高度扭曲的电流波形

最白炽灯照明系统不降低配电系统的电力品质，因为它们具有正弦电流波形是同相的电压波形 (的电流和电压两者的增加和减少，同时).

花盛开的, 高强度放电 (HID), 和低压白炽照明系统, 它使用镇流器或变压器, 可能扭曲电流波形. 图 2 显示了一个高度扭曲的电流波形的典型的一些电子镇流器紧凑型荧光灯的一个例子. 这样的畸变电流波形装置吸收电流在短时间 (而不是顺利地绘制它), 这在电压产生失真. 这些器件的电流波形也可能是异相的电压波形.

这样的相位移可降低交变电流电路的效率. 在 图 3, 电流波形滞后于电压波形.

在周期的一部分的电流为正，而电压是负 (反之亦然), 如图中阴影区; 对对方的电流和电压下工作, 创建无功功率. 该装置只在由该周期的非阴影部分表示的时间产生工作, 这代表了电路的有功功率.

无功功率不变形的电压. 然而, 它是一种重要的 电能质量 关注，因为电力公司的配电系统必须要进行无功功率的能力，即使它是无用功.

这两种照明设备制造商和业主可以采取措施来改善电能质量. 大多数电子镇流器的全尺寸荧光灯有过滤器，以减少电流失真. 有些电子镇流器紧凑型荧光灯具有高电流失真, 因为他们的低功率，但很少贡献电压失真.

图 3 – 相位移无功功率

电感镇流器的荧光灯和HID灯通常有滞后电流. 有些电感镇流器包含重新同步电流和电压电容器, 从而消除无功功率. 业主也可以安装在他们的建筑配电系统电容器补偿大负载，电流滞后.

什么是谐波?

谐波是一个波的频率是基频的整数倍, 或主波. 任何失真波形可以由基波以及一个或多个谐波进行说明, 如图 图 4. 失真的 60 赫兹电流波, 例如, 可能含有谐波， 120 赫兹, 180 赫兹, 和其他的倍数 60 赫兹 (在 50 赫兹系统，这些都可以 100 赫兹, 150 赫兹, 其他倍数 50 赫兹).

高次谐波的频率是两倍于基本的称为第二次谐波; 三阶谐波具有频率三倍于基波的, 等等.

图 4 – 谐波说明

注意 – 在失真的波形 图4a 可以由一个正弦波的频率的总和来描述 1 赫兹和幅度 2 英尺, 这是基本的, 和第二正弦波频率 3 赫兹和幅度 1 英尺, 这是第三次谐波. 这两个分量波示于 图4b.

高度扭曲的电流波形含有大量的谐波. 偶次谐波分量 (第二阶, 四阶, 等等) 趋向于相互抵消的作用, 但奇次谐波趋于的方式，迅速增加失真加，因为它们的波形的波峰和波谷往往重合. 照明行业呼吁其最常见的失真总谐波失真测量 (总谐波失真).

总 谐波失真 (总谐波失真) 和谐波因数

镇流器制造商, 电力公司, 和标准组织定义不同的THD, 这已经引起了一些混乱在照明行业. 例如IEEE定义的THD在给定的IEEE 1035-1989 如下:

哪里:

• 我₁ 是根均方 (有效值) 基波电流波形的
• 我₂ 是第二次谐波电流波形的有效值
• 我₃ 是三阶谐波电流波形的有效值, 等.

或在IEC定义 61000-2:

哪里 我₁ 是基波电流波形.

另一方面, ANSI和CSA使用下面的公式来计算THD:

哪里:

• 我₁ 是基波电流波形的有效值,
• 我₂ 是第二次谐波电流波形的有效值
• 我₃ 是三阶谐波电流波形的有效值, 等.

正如我们可以看到, 根据第二定义, 总谐波失真总是小于 100%. 下表给出了两个定义之间的一些转换.

实用工具通常提供的电压小于 2% 总谐波失真. 然而, 电流THD为电子设备可以是非常高的, 常在 100%. 表 1 列出电流THD一些照明负荷, 由NLPIP测. 具有高电流THD设备向电压THD比例建筑物的总负荷的比例. 从而, 较高功率的设备可以提高电压总谐波失真超过瓦数较低的设备. 如果谐波失真是一个照明系统的关注, NLPIP建议规范使用电子镇流器的过滤器，以减少总谐波失真.

建议的最大允许电压总谐波失真在点的建筑物连接到公用配电系统 5% (IEEE 1992).

图 5 显示，电压总谐波失真达到此限制时，大约一半的建筑物的负载有电流THD 55%, 或当约四分之一建筑物的负荷的具有电流THD 115%.

电压总谐波失真所导致 55% 和 115% 电流总谐波失真
在技​​术文章中第2部分未完待续...