谐波的基本概念

　　谐波频率是基波频率的整数倍。任何周期非正弦波都可以分解为一系列包含基频的正弦分量和一系列具有基波倍数的谐波。

　　一般说来，奇次谐波造成的危害甚至大于偶次谐波的危害。在平衡三相系统中，由于对称性，消除了偶次谐波，并且只存在奇次谐波。对于三相整流负载，谐波电流为6N+1次谐波，如5、7、11、13、17、19等。变频器主要产生5和7次谐波。

　　频率不是基波整数倍的分量称为间谐波，有时频率低于基波的间谐波称为次谐波。

　　谐波的危害

　　(1)谐波对系统的普遍影响

　　首先，谐波会增加设备的铜耗、铁耗和介质损耗进而加剧热应力，从而运行中需要降低设备的额定出力。其次，谐波还可以使电压峰值增大，若忽略相位差，则峰值电压上升的标幺值就等于电压峰值系数，这种电压升高会导致绝缘应力升高，最终有可能使电缆绝缘击穿。最后，谐波还会引起负载设备损坏(这里负载设备损坏广义的定义为由电压畸变引起的任何设备故障或工作不正常)，并缩短设备寿命。

　　另外，3倍数次谐波即使在负载平衡的情况下也会使中性线带电流，并且此电流有可能等于甚至大于相电流。这种情况会导致零地电位差的升高，而且中性线上的开关和电缆等的选取都需要做出适当调整。此外，如果谐波引起了谐振，则极大的谐振电流会在电源系统中引起更大的破坏。

　　(2)谐波影响柴油发电机组的正常供电

　　柴油发电机组的内阻相对市电要大得多，谐波所造成的电压波形失真也大很多。因此，在市电供电时，谐波的影响不易发现;但当油机供电时，谐波对供电系统的影响就会明显得多，比如使油机输出的电压波形出现严重失真。这时，如果油机的控制部分对严重失真的输出波形进行判断，就可能会认为是过压、超频等原因，从而造成油机停机;或者使UPS等通信重要负荷不能使用油机电源，而是依靠蓄电池放电供电，如市电停电时间过长，就会造成UPS停机。所以，针对输入电流谐波含量较大的设备，都要求必须增大油机与设备的配比倍数(即将油机降容使用)，即将油机容量加大到设备容量的2～5倍，以减小谐波失真和绕组的发热等情况。但这种方法的成本是非常昂贵的，而且也不能保证UPS和柴油发电机组的完全兼容，由于柴油发电机组的欠载，还会引出油发电机组运行维护方面的问题。

　　另外，谐波使发电机的铜损和铁损增加。当发电机的自然振荡频率在脉动磁场频率附近时，发电机会发生超同步谐振。

　　(3)谐波对电容器组的影响

　　谐波对电容器组的影响也比较严重，主要有以下几种情况。

　　1)电容器由于谐波电流而过载，因为电容器的电抗随着频率的升高而减小，这使得电容器称为谐波的吸收点。同时，谐波电压产生大电流会引起电容器熔丝熔断。

　　2)谐波往往会使介质损耗增加，其直接后果是额外的发热和设备的寿命缩短。

　　3)电容器和电源电感结合构成并联谐振电路，其谐振频率可以计算得出。在谐振情况下谐波被放大，最终的电压会大大高于电压额定值并导致电容器损坏或熔丝熔断。

　　(4)谐波对变压器的影响

　　谐波环境下的变压器会受到如下损害。

　　1)负载损耗增加。负载损耗包括铜耗和杂散损耗(线圈涡流损耗)。杂散损耗是决定由非线性负载引起的变压器铁心额外发热损耗的最重要因素。

　　2)磁滞和涡流损耗增加。这些损耗会随着频率的升高而大大增加，而且由谐波引起的涡流损耗比由谐波引起的磁滞损耗大。

　　3)变压器电感与功率因数校正电容器之间可能产生谐振。

　　4)由于峰值电压增加而导致绝缘应力增加。

　　上述损耗会导致变压器发热及相应的寿命损失。

　　(5)谐波对保护装置、通信电路和电子设备等的影响

　　谐波还会干扰保护继电器、测量设备、控制电路和通信电路以及用户电子设备等，还会使灵敏设备发生误动作或元件故障。谐波在以下几个方面影响保护和控制装置、测量设备、通信电路和电子负载。

　　1)谐波影响断路器的开断能力。

　　2)受电压和电流峰值或零值控制的继电器会受到谐波的影响。在有谐波存在时，机电型继电器的延时特性会改变。零序电流继电器不能区分零序电流和3次谐波电流，从而导致误跳闸。

　　3)测量仪表对非正弦信号呈现出不同的响应特性，从而导致计量不准确。

　　4)谐波通过感性耦合干扰电话线路。

　　5)由于过零点的移动，谐波影响电子装置和控制电路的正常工作。

　　6)谐波干扰用户负载，这对计算机系统特别值得关注。

　　7)谐波缩短白炽灯的寿命和引起荧光灯的故障。

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