剧场电气主要谐波有哪些特性？
2021-07-26
为了达到完美的演出效果，舞台调光是必不可少的环节。在剧场的所有电气系统中，舞台调光设备是主要的谐波源，这是因为舞台调光设备主要是非线性负荷。
1 剧场电气主要谐波特性剖析
剧场非线性负荷包括舞台调光设备、带电子镇器的荧光灯、变频空调等。依据剧场非线性负荷的容量及占用系统电源的比例， 舞台调光设备属于剧场电气主要的非线性负荷。这些调光设备形成的谐波污染不只影响剧场配电系统电能质量， 还可能形成系统其它用电设备毛病。因而在电气设计阶段应该着重思索谐波的影响并采取合理的管理措施。
舞台灯光用的各种调光器本质上就是一个单相的相位控制交流调压器。舞台调光技术在阅历了电阻型调光、变压器式调光、磁放大器型调光阶段后，开展为如今的用可控硅调光和计算机控制的现代化调光设备。可控硅调光器是目前舞台上的主流调光器。
正弦交流电压过零后的某一时辰t1 (或某一相位角ωt 1)， 在可控硅的门极上加一触发脉冲， 使可控硅导通， 这一导通将维持到正弦波正半周完毕。因而在正弦波的正半周(即0 ～ p 区间)， 0 ～ ωt 1范围可控硅不导通， 这一范围称为控制角; 而在ωt 1 ～ p 间可
控硅导通， 这一范围称为导通角。同理在正弦交流电压的负半周， 对处于反向联接的另一个可控硅(对两个单向可控硅反并联而言) 在t2时辰(即相位角ωt 2 ) 施加触发脉冲， 使其导通。如此循环往复， 对正弦波的每一半周期控制其导通， 取得相同的导通角。如改动触发脉冲的施加时间(或相位)， 即改动了导通角(或控制角) 的大小。导通角越大调光器输出的电压越高， 灯就越亮。
由以上剖析可知， 可控硅调光设备吸收的不再是正弦电流， 因而会形成调光设备的输入电流畸变为周期性的非正弦电流波形。对该周期性非正弦电流停止傅里叶级数合成， 可得出电流中除含有与电源相同频率的基波成格外， 还含有一系列频率为电源频率奇数倍的高次谐波电流。这些高次谐波经过导线传导到其它负荷， 同时由于系统中谐波阻抗的存在， 这些高次谐波电流还会惹起电源电压波形畸变。
2. 剧场谐波危害
电源电压波形畸变形成电网谐波污染， 使电力系统的发、输、配电设备呈现许多异常现象和毛病。谐波的危害是多方面的， 就剧场电气系统而言， 主要有以下几个方面。
2. 2. 1 谐波对供配电线路的危害
三相四线配电线路中， 相线上3 的整数倍次谐波(零序谐波) 在中性线上会叠加， 使中性线的电流值可能超越相线上的电流值。由于中性线电流过大， 使配电系统中性线呈现过负荷， 从而惹起绝缘老化加速， 增加了火灾隐患。
维护继电器在谐波影响下产生误动或拒动， 将严重要挟供配电系统的稳定与平安运转。随着谐波频率的上升， 电缆导体集肤效应越创造显， 招致导体的交流电阻增大， 使得电缆的允许载流量减小， 增加输电线路的附加损耗。另外， 电缆的电阻、系统母线及线路感抗与系统串联， 进步功率因数用的电力电容器及线路的容抗与系统并联， 在一定数值的电感与电容下可能发作谐振。
3.谐波对电力设备的危害
当电网存在谐波时， 投入电力电容器后其端电压增大。经过电容器的电流增加得更大， 使电容器损耗功率增加， 加速绝缘介质老化。在谐波严重的状况下， 还会使电容器鼓肚、击穿或爆炸。特别是电容器投入到电压曾经畸变的电网中时， 还可能使电网的谐
波加剧， 即产生谐波放大现象。
谐波使电力变压器的铜耗增大， 包括电阻损耗、导体中的涡流损耗与导体外部因漏磁通惹起的杂散损耗都要增加。谐波还使变压器的铁耗增大， 主要表如今铁芯中的磁滞损耗增加。由于以上两方面的损耗增加， 降低了变压器的设备应用率。因而设计阶段在选择变压器额定容量时需求思索电网中的谐波含量， 恰当放大变压器容量。
关于配电用断路器来说， 受谐波电流的影响，导体的集肤效应与铜耗增加而惹起发热， 使得额定电流降低与脱扣电流降低， 可能因谐波而误动作。
4. 谐波对弱电系统设备的干扰
关于计算机网络、通讯、有线电视、火灾自动报警系统， 以及楼宇自动化系统等弱电设备， 电力系统中的谐波经过电磁感应、静电感应与传导方式耦合到这些系统中， 产生干扰。其中电磁感应与静电感应的耦合强度与干扰频率成正比， 经过公共接地耦合的传导， 干扰弱电系统。
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