LED電源總諧波失真（THD）分析及對策

根據(jù)積分公式：

并且有 a=π/τ，b=nω，ω=2π/T,因此有：

當 n=1 時將 T=20ms、τ=3ms、Im=0.15A 代入上式，得

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

同理，分別計算 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)動電源的輸入電流的傅里葉級數(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) .實際中，這個輸入電 流值可用測量真有效值的萬用表測得或由功率計的輸入電流顯示屏讀取。 根據(jù)式(6)計算總諧波失真：

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，制定諧波電流幅值頻譜圖(忽略高于 9 次以上的諧波)見圖 4.

圖4

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

實測 PF=0.65,二者基本一致。實際 LED 驅(qū)動電源的輸入功率：

3.諧波的危害

諧波的危害 由以上分析計算可知，這類 LED 驅(qū)動電源輸入電流諧波含量高，對于這類裝置如功率 不大和少量的使用，其危害性也許不一定會表現(xiàn)出來，然而若成千上萬的大量密集地使用， 它所產(chǎn)生的諧波電流總量會嚴重污染整個供電系統(tǒng)和其他用電用戶，同時也使電網(wǎng)電壓波 形發(fā)生畸變。理論和實踐證明，過大的電流諧波會產(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、感性負載設(shè)備如電動機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，使其過熱而損壞，見式(21) ,其中 fn 是各次諧波電流頻率。

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

圖5

C.能對線路上的繼電保護、儀器儀表、自動控制、電子通訊、衛(wèi)星導(dǎo)航以及計算機系 C. 統(tǒng)產(chǎn)生強烈的干擾，從而引起誤動作、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，因此我國電力系統(tǒng)的中線一般比相線細。然而過大 的三相三次及高次諧波電流，會使電網(wǎng)的相電流無法在中線內(nèi)相互抵消，致使中線內(nèi)電流 產(chǎn)生疊加而過流損壞，線路示意圖如圖 6.此外，中線電流過大引起三相不平衡，即三相電 位發(fā)生偏移，嚴重時導(dǎo)致大批 LED 燈具燒毀，甚至引起火災(zāi)!

圖6

E.當大量的大功率的高諧波含量的電源設(shè)備使用時，其偶次諧波(a2、a4、a6……) 不容忽視，它使供電回路電流正負半周不對稱。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，嚴重時會危及變壓器及電力運行安全。 因此，無論是從保護電力系統(tǒng)安全還是從保護用電設(shè)備和人身安全來看，嚴格控制并 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。