什么是谐波？？
作者：王虹 www.yuediqu.com 2025-05-20
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供电系统中的谐波问题已经存在多年。过去，谐波电流主要由电气化铁路和工业中的直流调速传动装置产生。但近年来，随着非线性负荷设备的增加和种类多样化，谐波问题变得日益严峻。因此，我们需要深入理解谐波的产生、影响及其解决措施。
谐波电流的产生主要源于非线性负荷。在理想情况下，供电系统中的电流和电压为正弦波。然而，在实际中，由于非线性负荷的存在，电流与电压的关系不再线性，从而形成非正弦电流。任何周期性波形都可以分解为基频正弦波和多个谐波频率的正弦波。谐波频率是基频的整数倍，例如，基频为50Hz时，二次谐波为100Hz，三次谐波为150Hz。因此，畸变的电流波形可能包含从二次谐波到高次谐波的成分。
产生谐波的设备类型包括但不限于开关模式电源(SMPS)、电子荧光灯镇流器、直流调速传动装置、不间断电源(UPS)、磁性铁芯设备和家用电器如电视机等。以开关模式电源(SMPS)为例，大多数现代电子设备使用它来替代传统的降压器和整流器，使用可控整流器件直接将电源转换为适合输出的直流电流。然而，这种设备只能提供脉冲电流，含有大量高次谐波成分，对供电系统产生影响。电子荧光灯镇流器在高频工作时能显著提高灯管效率，但其逆变器会在电源电流中产生谐波和噪声。直流调速传动装置通过六脉冲桥式整流电路改变电流波形，产生300Hz的脉动波。不间断电源(UPS)供电的负荷含有大量低次谐波。磁芯设备在励磁电流和磁通密度之间的关系非线性，导致高次谐波产生。
谐波引发的问题主要包括电压畸变、过零噪声、中性线过热、变压器过热、断路器误动作等。电压畸变是因为谐波负荷电流影响供电系统内的电压波形，造成"平顶"波。过零噪声是指电子控制器在检测电压过零点时可能出现的误动作。中性线过热与三相四线式供电系统的不平衡负荷和3N次谐波电流有关。变压器温升过高则与谐波电流通过变压器一次侧流入电网有关。引起剩余电流断路器(RCCB)误动作的原因包括谐波电流导致的电流读数错误和RCCB检测不准确。
解决谐波问题的方法包括装置内和供电电源两方面。在装置内，可以通过将产生谐波的负荷与敏感负荷供电线路分开、使用特定的滤波器、增加中性线截面积和采用Dyn接线变压器等措施。在供电电源方面，可以采用谐波滤波器、隔离变压器和有源谐波调节器等技术。谐波滤波器可以有效降低谐波电流，隔离变压器可以削弱三次谐波电流传回到电源，有源谐波调节器则能主动注入电流精确补偿谐波电流，实现纯粹的正弦波输出。采用这些措施可以有效减少谐波对供电系统和设备的影响，保证电力系统的稳定运行。
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谐波电流的产生主要源于非线性负荷。在理想情况下，供电系统中的电流和电压为正弦波。然而，在实际中，由于非线性负荷的存在，电流与电压的关系不再线性，从而形成非正弦电流。任何周期性波形都可以分解为基频正弦波和多个谐波频率的正弦波。谐波频率是基频的整数倍，例如，基频为50Hz时，二次谐波为100Hz，三次谐波为150Hz。因此，畸变的电流波形可能包含从二次谐波到高次谐波的成分。
产生谐波的设备类型包括但不限于开关模式电源(SMPS)、电子荧光灯镇流器、直流调速传动装置、不间断电源(UPS)、磁性铁芯设备和家用电器如电视机等。以开关模式电源(SMPS)为例，大多数现代电子设备使用它来替代传统的降压器和整流器，使用可控整流器件直接将电源转换为适合输出的直流电流。然而，这种设备只能提供脉冲电流，含有大量高次谐波成分，对供电系统产生影响。电子荧光灯镇流器在高频工作时能显著提高灯管效率，但其逆变器会在电源电流中产生谐波和噪声。直流调速传动装置通过六脉冲桥式整流电路改变电流波形，产生300Hz的脉动波。不间断电源(UPS)供电的负荷含有大量低次谐波。磁芯设备在励磁电流和磁通密度之间的关系非线性，导致高次谐波产生。
谐波引发的问题主要包括电压畸变、过零噪声、中性线过热、变压器过热、断路器误动作等。电压畸变是因为谐波负荷电流影响供电系统内的电压波形，造成"平顶"波。过零噪声是指电子控制器在检测电压过零点时可能出现的误动作。中性线过热与三相四线式供电系统的不平衡负荷和3N次谐波电流有关。变压器温升过高则与谐波电流通过变压器一次侧流入电网有关。引起剩余电流断路器(RCCB)误动作的原因包括谐波电流导致的电流读数错误和RCCB检测不准确。
解决谐波问题的方法包括装置内和供电电源两方面。在装置内，可以通过将产生谐波的负荷与敏感负荷供电线路分开、使用特定的滤波器、增加中性线截面积和采用Dyn接线变压器等措施。在供电电源方面，可以采用谐波滤波器、隔离变压器和有源谐波调节器等技术。谐波滤波器可以有效降低谐波电流，隔离变压器可以削弱三次谐波电流传回到电源，有源谐波调节器则能主动注入电流精确补偿谐波电流，实现纯粹的正弦波输出。采用这些措施可以有效减少谐波对供电系统和设备的影响，保证电力系统的稳定运行。
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