諧波基礎(chǔ)知識
諧波是一個數(shù)學(xué)或物理學(xué)概念，是指周期函數(shù)或周期性的波形中能用常數(shù)、與原函數(shù)的最小正周期相同的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的線性組合表達(dá)的部分。以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于諧波知識的內(nèi)容，希望大家喜歡!
諧波的定義
諧波 (harmonic wave)，從嚴(yán)格的意義來講，諧波是指電流中所含有的頻率為基波的整數(shù)倍的電量，一般是指對周期性的非正弦電量進(jìn)行傅里葉級數(shù)分解，其余大于基波頻率的電流產(chǎn)生的電量。從廣義上講，由于交流電網(wǎng)有效分量為工頻單一頻率，因此任何與工頻頻率不同的成分都可以稱之為諧波，這時“諧波”這個詞的意義已經(jīng)變得與原意有些不符。正是因為廣義的諧波概念，才有了“分?jǐn)?shù)諧波”、“間諧波”、“次諧波”等等說法。
諧波產(chǎn)生的原因主要有：由于正弦電壓加壓于非線性負(fù)載，基波電流發(fā)生畸變產(chǎn)生諧波。主要非線性負(fù)載有UPS、開關(guān)電源、整流器、變頻器、逆變器等。
泛音是物理學(xué)上的諧波，但次數(shù)的定義稍許有些不同，基波頻率2倍的音頻稱之為一次泛音，基波頻率3倍的音頻稱之為二次泛音，以此類推。
諧波產(chǎn)生的原因
在理想的干凈供電系統(tǒng)中，電流和電壓都是正弦波的。在只含線性元件(如：電阻)的簡單電路里，流過的電流與施加的電壓成正比，流過的電流是正弦波。
用傅立葉分析原理，能夠把非正弦曲線信號分解成基本部分和它的倍數(shù)。
在電力系統(tǒng)中，諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，即電路中有諧波產(chǎn)生。由于半導(dǎo)體晶閘管的開關(guān)操作和二極管、半導(dǎo)體晶閘管的非線性特性，電力系統(tǒng)的某些設(shè)備如功率轉(zhuǎn)換器會呈現(xiàn)比較大的背離正弦曲線波形。
諧波電流的產(chǎn)生是與功率轉(zhuǎn)換器的脈沖數(shù)相關(guān)的。6脈沖設(shè)備僅有5、7、11、13、17、19 …。n倍于電網(wǎng)頻率。功率變換器的脈沖數(shù)越高，最低次的諧波分量的頻率的次數(shù)就越高。
其他功率消耗裝置，例如熒光燈的電子控制調(diào)節(jié)器產(chǎn)生大強度的3 次諧波( 150 赫茲)。
在供電網(wǎng)絡(luò)阻抗( 電阻) 下這樣的非正弦曲線電流導(dǎo)致一個非正弦曲線的電壓降。在供電網(wǎng)絡(luò)阻抗下產(chǎn)生諧波電壓的振幅等于相應(yīng)諧波電流和對應(yīng)于該電流頻率的供電網(wǎng)絡(luò)阻抗Z的乘積。次數(shù)越高，諧波分量的振幅越低。
只要哪里有諧波源那里就有諧波產(chǎn)生。也有可能，諧波分量通過供電網(wǎng)絡(luò)到達(dá)用戶網(wǎng)絡(luò)。例如，供電網(wǎng)絡(luò)中一個用戶工廠的運轉(zhuǎn)可能被相鄰的另一個用戶設(shè)備產(chǎn)生的諧波所干擾。
諧波設(shè)備類型
所有的非線性負(fù)荷都能產(chǎn)生諧波電流，產(chǎn)生諧波的設(shè)備類型有：開關(guān)模式電源(SMPS)、電子熒光燈鎮(zhèn)流器、調(diào)速傳動裝置、不間斷電源(UPS)、磁性鐵芯設(shè)備及某些家用電器如電視機等。
電網(wǎng)諧波來自于三個方面：一是發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波;二是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波;三是用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波，其中用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波最多。
1、電網(wǎng)與電源設(shè)備 發(fā)電機由于三相繞組在制作上很難做到絕對對稱，鐵心也很難做到絕對均勻一致和其他一些原因，發(fā)電源多少也會產(chǎn)生一些諧波，但一般來說很少。 輸配電系統(tǒng)中主要是電力變壓器產(chǎn)生諧波，由于變壓器鐵心的飽和，磁化曲線的非線性，加上設(shè)計變壓器時考慮經(jīng)濟(jì)性，其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上， 這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結(jié)構(gòu)形式、鐵心的飽和程度有關(guān)。鐵心的飽和程度越高，變壓器工作點偏離線性越遠(yuǎn)，諧波 電流也就越大，其中3次諧波電流可達(dá)額定電流的0.5%。
2、在用電設(shè)備中，下面一些設(shè)備都能產(chǎn)生諧波
(1)晶閘管整流設(shè)備：由于晶閘管整流在電力機車、鋁電解槽、充電裝置、開關(guān)電 源等許多方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用，給電網(wǎng)造成了大量的諧波。我們知道，晶閘管整流裝置采用移相控制，從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也 是另一部分缺角的正弦波，顯然在留下部分中含有大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路，在接感性負(fù)載時則含有奇次諧波電流，其中3次諧波的含量可達(dá)基波的30%;接容性負(fù)載時則含有奇次諧波電壓，其諧波含量隨電容值的增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋6脈沖整流器，變壓器原邊及供電線路含有5次及以上奇次諧波電流;如果是12脈沖整流器，也還有11次及以上奇次諧波電流。經(jīng)統(tǒng)計表明：由整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的近40%，這是最大的諧波源。
(2)變頻裝置：變頻裝置常用于風(fēng)機、水泵、電梯等設(shè)備中，由于采用了相位控制，諧波成份很復(fù)雜，除含有整數(shù)次諧波外，還含有分?jǐn)?shù)次諧波，這類裝置的功率一般較大，隨著變頻調(diào)速的使用的增多，對電網(wǎng)造成的諧波也越來越多。右圖為變頻器的輸入輸出波形圖，由圖可知，變頻器的輸出電壓諧波含量豐富，輸入電流亦含有較大的諧波。
(3)電弧爐、電石爐：由于加熱原料時電爐的三相電極很難同時接觸到高低不平的爐料，使得燃燒不穩(wěn)定，引起三相負(fù)荷不平衡，產(chǎn)生諧波電流，經(jīng)變壓器的三角形連接線圈而注入電網(wǎng)。其中主要是2～7次的諧波，平均可達(dá)基波的8%～20%，最大可達(dá)45%。
(4)氣體放電類電光源：熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金屬鹵化物燈等屬于氣體放電類電光源。分析與測量這類電光源的伏安特性，可知其非線性十分嚴(yán)重，有的還含有負(fù)的伏安特性，它們會給電網(wǎng)造成奇次諧波電流。
(5)家用電器：電視機、錄像機、計算機、調(diào)光燈具、調(diào)溫炊具等，因具有調(diào)壓整流裝置，會產(chǎn)生較深的奇次諧波。在洗衣機、電風(fēng)扇、空調(diào)器等有繞組的設(shè)備中，因不平衡電流的變化也能使波形改變。這些家用電器雖然功率較小，但數(shù)量巨大，也是諧波的主要來源之一。
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