LED電源總諧波失真（THD）分析及對(duì)策

根據(jù)積分公式：

并且有 a=π/τ，b=nω，ω=2π/T,因此有：

當(dāng) n=1 時(shí)將 T=20ms、τ=3ms、Im=0.15A 代入上式，得

計(jì)算得基波電流幅值 a1=I1m=0.06×(0.608+0.327)=0.056(A) .

同理，分別計(jì)算 a3,a5,a7,a9 次諧波幅值，如表 1 所示。

表 1.諧波幅值表

根據(jù)表 1,LED 驅(qū)動(dòng)電源的輸入電流的傅里葉級(jí)數(shù)為：

根據(jù)諧波幅值 Inm 與諧波有效值 In 的關(guān)系，諧波有效值：

由式(16) ,則分別計(jì)算各次諧波電流有效值如下(單位 A) : I1=0.040,I3=0.033,I5=0.023,I7=0.012,I9=0.003. 根據(jù)式(5) ,LED 驅(qū)動(dòng)電源的輸入總電流有效值：

將表 1 數(shù)據(jù)代入式(17) ,則輸入總電流有效值 Irms=0.058(A) .實(shí)際中，這個(gè)輸入電 流值可用測(cè)量真有效值的萬(wàn)用表測(cè)得或由功率計(jì)的輸入電流顯示屏讀取。 根據(jù)式(6)計(jì)算總諧波失真：

根據(jù)表 1 的諧波幅值數(shù)據(jù)，并以基波(一次諧波)分量 100%為基準(zhǔn)，制定諧波電流幅值頻譜圖(忽略高于 9 次以上的諧波)見(jiàn)圖 4.

圖4

現(xiàn)按式(7)計(jì)算功率因數(shù) PF,當(dāng)基波相移角 Φ1 為零， cosΦ1=1 則有：

實(shí)測(cè) PF=0.65,二者基本一致。實(shí)際 LED 驅(qū)動(dòng)電源的輸入功率：

3.諧波的危害

諧波的危害 由以上分析計(jì)算可知，這類 LED 驅(qū)動(dòng)電源輸入電流諧波含量高，對(duì)于這類裝置如功率 不大和少量的使用，其危害性也許不一定會(huì)表現(xiàn)出來(lái)，然而若成千上萬(wàn)的大量密集地使用， 它所產(chǎn)生的諧波電流總量會(huì)嚴(yán)重污染整個(gè)供電系統(tǒng)和其他用電用戶，同時(shí)也使電網(wǎng)電壓波 形發(fā)生畸變。理論和實(shí)踐證明，過(guò)大的電流諧波會(huì)產(chǎn)生以下危害： A.能使配電設(shè)施如電力變壓器和發(fā)電機(jī)、感性負(fù)載設(shè)備如電動(dòng)機(jī)等磁性材料的鐵芯損 耗 Pkz 得到額外的增加，即增加了由于諧波電流引起的磁滯損耗 Ph 分量和渦流損耗 Pc 分 量，使其過(guò)熱而損壞，見(jiàn)式(21) ,其中 fn 是各次諧波電流頻率。

B.諧波電流通過(guò)功率補(bǔ)償設(shè)備的電力電容器，圖 5 是電容器的等效圖。由圖 5 可見(jiàn)， B. 當(dāng)由諧波電流引起的容抗與寄生電感引起的感抗相等時(shí)形成諧振，產(chǎn)生強(qiáng)大的諧波電流， 從而導(dǎo)致電力電容器過(guò)流或過(guò)壓損壞。

圖5

C.能對(duì)線路上的繼電保護(hù)、儀器儀表、自動(dòng)控制、電子通訊、衛(wèi)星導(dǎo)航以及計(jì)算機(jī)系 C. 統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾，從而引起誤動(dòng)作、出現(xiàn)噪聲等異?，F(xiàn)象。 D.在三相四線制供電系統(tǒng)的中，線路正常時(shí)三相交流電基本平衡，各相電流在中線內(nèi) D. 相互抵消，理論上中線電流接近于零，因此我國(guó)電力系統(tǒng)的中線一般比相線細(xì)。然而過(guò)大 的三相三次及高次諧波電流，會(huì)使電網(wǎng)的相電流無(wú)法在中線內(nèi)相互抵消，致使中線內(nèi)電流 產(chǎn)生疊加而過(guò)流損壞，線路示意圖如圖 6.此外，中線電流過(guò)大引起三相不平衡，即三相電 位發(fā)生偏移，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致大批 LED 燈具燒毀，甚至引起火災(zāi)!

圖6

E.當(dāng)大量的大功率的高諧波含量的電源設(shè)備使用時(shí)，其偶次諧波(a2、a4、a6……) 不容忽視，它使供電回路電流正負(fù)半周不對(duì)稱。尤其是含量較大的二次諧波，它的直流分 量使電力變壓器鐵芯產(chǎn)生局部磁化，損耗增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)危及變壓器及電力運(yùn)行安全。 因此，無(wú)論是從保護(hù)電力系統(tǒng)安全還是從保護(hù)用電設(shè)備和人身安全來(lái)看，嚴(yán)格控制并 限定電流諧波含量，以減少諧波污染造成的危害已成為人們的共識(shí)。