一、諧波是如何產(chǎn)生的

在理想干凈的電力系統(tǒng)中，電流和電壓都是純粹的正弦波，但實(shí)際上，當(dāng)電流流過(guò)與所加電壓不呈線性關(guān)系的負(fù)荷時(shí)，就形成非正弦電流。在只含線性元件（電阻、電感及電容）的簡(jiǎn)單電路里，流過(guò)的電流和施加的電壓成正比。所以如果所加電壓是正弦的話，流過(guò)的電流就是正弦的。應(yīng)指明，在無(wú)功元件的場(chǎng)合，在電壓和電流波形之間有一個(gè)相位移動(dòng)，功率因數(shù)變低了，但線路仍然是線性的。當(dāng)負(fù)荷為簡(jiǎn)單的全波整流器及電容器的情況下電流只有在電源電壓超過(guò)存貯電容器上存的電壓時(shí)才能流通。

實(shí)際上在電力電網(wǎng)中傳播的電流波形比上述所說(shuō)的要復(fù)雜得多，可以是某種非對(duì)稱的，磁滯形的以及轉(zhuǎn)折性的，并且斜率也是隨負(fù)荷而變的，任何周期性波形均可分解為一個(gè)基頻正弦加上許多諧波頻率的正弦。諧波頻率是基頻的整數(shù)倍，例如基頻為50Hz時(shí)，二次諧波為100Hz，而三次諧波則為150Hz。諧波電流在供電系統(tǒng)及設(shè)備內(nèi)部均會(huì)造成問(wèn)題，其效果不一，需要分別加以考慮。

（1）電壓畸變

因?yàn)楣╇娤到y(tǒng)有內(nèi)阻抗，所以諧波負(fù)荷電流將造成電壓波形的諧波電壓畸變。此阻抗有兩個(gè)組成部分：公共耦合點(diǎn)（PCC）的內(nèi)部電纜走線的阻抗以及在PCC上供電系統(tǒng)的固有阻抗，以就地供電變壓器為例，由非線性負(fù)荷形成的畸變的負(fù)荷電流在電纜的阻抗上產(chǎn)生一個(gè)畸變的電壓降。合成的畸變電壓波形加到與此同一電壓相連的全部其它的負(fù)荷上去，而形成諧波電流在其上流過(guò)，甚至它們是線性的負(fù)荷時(shí)也是如此。

問(wèn)題的解決辦法是把產(chǎn)生諧波的負(fù)荷的供電線路和對(duì)諧波敏感的負(fù)荷的供電線路分開(kāi)，線性負(fù)荷和非線性負(fù)荷從公共連接點(diǎn)用獨(dú)立的電路饋電，以便使非線性負(fù)荷產(chǎn)生的電壓畸變不會(huì)達(dá)到線性負(fù)荷上去。

（2）中性導(dǎo)線的過(guò)熱

在三相系統(tǒng)中每個(gè)相線對(duì)星形接法的中點(diǎn)電壓有120°的相位移動(dòng)，故每相的負(fù)荷相等時(shí)，在中線上的電流為零。但當(dāng)三相負(fù)荷不均衡時(shí)，只有去掉均衡值以后的電流流入中線。安裝人員利用這一特點(diǎn)可把中線導(dǎo)線容量減少一半，但是，雖然基波電流可相互抵消，但諧波電流則不是這樣的――事實(shí)上它們都是三次諧波，有奇數(shù)位（“3N倍”）的諧波在中線上的適量相加。通過(guò)研究表明相電流為100A時(shí)，中線電流竟達(dá)150A。中性電流可輕易地接近相電流的兩倍。所以在有諧波電流的情況下，中線的截面應(yīng)該是每相導(dǎo)線截面的兩倍，用五芯電纜可以方便地實(shí)現(xiàn)這一方案。

（3）諧波對(duì)變壓器的影響

三相變壓器對(duì)高次諧波的影響狀況取決于所用的連接方式。

對(duì)于星/星（Y/Y）接法，相電流的任何不平衡結(jié)果會(huì)使相線對(duì)中線電壓不相等。3N倍的諧波電流在一次及二次的相線對(duì)中線的電壓上均造成諧波電壓并使星點(diǎn)電壓脈動(dòng)。如果一次是四線制的（即星點(diǎn)連接中線），電壓就不會(huì)有畸變，但是一次中線上要流過(guò)諧波電流，就會(huì)引起電源系統(tǒng)的畸變。解決方法就是加上第三個(gè)三角形接法的繞組便可以克服這個(gè)問(wèn)題（容量為變壓器額定值的30%），它給循環(huán)不平衡的及3N次諧波提供通路，可以防止它們傳回入配電系統(tǒng)。

對(duì)于三角形/星形(Δ/Y)接法,不平衡電流和3N次諧波電流只在一次繞組循環(huán)流動(dòng)而不會(huì)傳到電源系統(tǒng)中去.這種接法是配電變壓器中常用的一種。

（4）集膚效應(yīng)

交流電流趨向于在導(dǎo)體外表面流動(dòng)，即眾所周知的集膚效應(yīng)，它在高頻方面更為顯著。通常因?yàn)榧w效應(yīng)在電網(wǎng)工頻下影響很小而被忽略，但是大約在300Hz以上（即其次諧波及以上時(shí)），集膚效應(yīng)將變?yōu)轱@著而導(dǎo)致附加的損耗和過(guò)熱。因此在有諧波電流的場(chǎng)合，設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮集膚效應(yīng)并適當(dāng)降低電纜的額定容量。例如采用多芯電纜或分層的母線來(lái)克服這個(gè)問(wèn)題。

近年來(lái)，產(chǎn)生諧波的設(shè)備類型及數(shù)量在急劇增長(zhǎng)并將繼續(xù)增長(zhǎng)。諧波負(fù)荷電流是由所有的非線性符合產(chǎn)生的，了解諧波的產(chǎn)生及對(duì)設(shè)備造成的影響，為我們消除、減少諧波對(duì)人們生產(chǎn)、生活所帶來(lái)的不利影響提供了依據(jù)和保證。

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