LED电源总谐波失真（THD）分析及对策

根据积分公式：

并且有 a=π/τ，b=nω，ω=2π/T,因此有：

当 n=1 时将 T=20ms、τ=3ms、Im=0.15A 代入上式，得

计算得基波电流幅值 a1=I1m=0.06×(0.608+0.327)=0.056(A) .

同理，分别计算 a3,a5,a7,a9 次谐波幅值，如表 1 所示。

表 1.谐波幅值表

根据表 1,LED驱动电源的输入电流的傅里叶级数为：

根据谐波幅值 Inm 与谐波有效值 In 的关系，谐波有效值：

由式(16) ,则分别计算各次谐波电流有效值如下(单位 A) : I1=0.040,I3=0.033,I5=0.023,I7=0.012,I9=0.003. 根据式(5) ,LED驱动电源的输入总电流有效值：

将表 1 数据代入式(17) ,则输入总电流有效值 Irms=0.058(A) .实际中，这个输入电 流值可用测量真有效值的万用表测得或由功率计的输入电流显示屏读取。 根据式(6)计算总谐波失真：

根据表 1 的谐波幅值数据，并以基波(一次谐波)分量 100%为基准，制定谐波电流幅值频谱图(忽略高于 9 次以上的谐波)见图 4.

图4

现按式(7)计算功率因数 PF,当基波相移角 Φ1 为零， cosΦ1=1 则有：

实测 PF=0.65,二者基本一致。实际LED驱动电源的输入功率：

3.谐波的危害

谐波的危害 由以上分析计算可知，这类 LED 驱动电源输入电流谐波含量高，对于这类装置如功率 不大和少量的使用，其危害性也许不一定会表现出来，然而若成千上万的大量密集地使用， 它所产生的谐波电流总量会严重污染整个供电系统和其他用电用户，同时也使电网电压波 形发生畸变。理论和实践证明，过大的电流谐波会产生以下危害： A.能使配电设施如电力变压器和发电机、感性负载设备如电动机等磁性材料的铁芯损 耗 Pkz 得到额外的增加，即增加了由于谐波电流引起的磁滞损耗 Ph 分量和涡流损耗 Pc 分 量，使其过热而损坏，见式(21) ,其中 fn 是各次谐波电流频率。

B.谐波电流通过功率补偿设备的电力电容器，图 5 是电容器的等效图。由图 5 可见， B. 当由谐波电流引起的容抗与寄生电感引起的感抗相等时形成谐振，产生强大的谐波电流， 从而导致电力电容器过流或过压损坏。

图5

C.能对线路上的继电保护、仪器仪表、自动控制、电子通讯、卫星导航以及计算机系 C. 统产生强烈的干扰，从而引起误动作、出现噪声等异常现象。 D.在三相四线制供电系统的中，线路正常时三相交流电基本平衡，各相电流在中线内 D. 相互抵消，理论上中线电流接近于零，因此我国电力系统的中线一般比相线细。然而过大 的三相三次及高次谐波电流，会使电网的相电流无法在中线内相互抵消，致使中线内电流 产生叠加而过流损坏，线路示意图如图 6.此外，中线电流过大引起三相不平衡，即三相电 位发生偏移，严重时导致大批 LED 灯具烧毁，甚至引起火灾!

图6

E.当大量的大功率的高谐波含量的电源设备使用时，其偶次谐波(a2、a4、a6……) 不容忽视，它使供电回路电流正负半周不对称。尤其是含量较大的二次谐波，它的直流分 量使电力变压器铁芯产生局部磁化，损耗增大，严重时会危及变压器及电力运行安全。 因此，无论是从保护电力系统安全还是从保护用电设备和人身安全来看，严格控制并 限定电流谐波含量，以减少谐波污染造成的危害已成为人们的共识。