諧波的含義、産生的原因及危害
一、諧波的含義
頻率爲基波頻率的整數倍的正弦波分量稱爲諧波。由于諧波的頻率是基波頻率的整數倍，也常稱它爲高次諧波。
二、諧波産生的原因
諧波産生的根本原因是由于電力系統中某些設備和負荷的非線性特性，即所加的電壓與産生的電流不成(chéng)線性（正比）關系而造成(chéng)的波形畸變。當電力系統向(xiàng)非線性設備及負荷供電時，這(zhè)些設備或負荷在傳遞（如變壓器）、變換（如交直流轉換器）、吸收（如電弧爐）系統發(fā)電機所供給的基波能(néng)量的同時，又把部分基波能(néng)量轉換爲諧波能(néng)量，向(xiàng)系統倒送大量的諧波，使電力系統的正弦波形畸變，電能(néng)質量降低。
三、諧波的危害
1、變壓器
對(duì)變壓器而言，諧波電流可導緻銅損和雜散損增加，諧波電壓則會增加鐵損。與純正基本波運行的正弦電流和電壓相較，諧波對(duì)變壓器的整體影響是溫升較高。須注意的是，這(zhè)些由諧波所引起(qǐ)的額外損失將(jiāng)與電流和頻率的平方成(chéng)比例上升，進(jìn)而導緻變壓器的基波負載容量下降。而當你爲非線性負載選擇正确的變壓器額定容量時，應考慮足夠的降載因數，以确保變壓器溫升在允許的範圍内。還(hái)應注意的是用戶由于諧波所造成(chéng)的額外損失將(jiāng)按所消耗的能(néng)量(千瓦小時)反應在電費上，而且諧波也會導緻變壓器噪聲增加。
2、電力電纜
在導體中非正弦波電流産生的熱量與俱有相同均方根值的純正弦波電流相較，則非正弦波有較高的熱量。該額外溫升是由衆所周知的集膚效應和鄰近效應所引起(qǐ)的，而這(zhè)兩(liǎng)種(zhǒng)現象取決于頻率及導體的尺寸和間隔。這(zhè)兩(liǎng)種(zhǒng)效應如同增加導體交流電阻，進(jìn)而導緻I2RAC損耗增加。
3、電動機與發(fā)電機
諧波電流和電壓對(duì)感應及同步電動機所造成(chéng)的主要效應爲在諧波頻率下鐵損和銅損的增加所引起(qǐ)之額外溫升。這(zhè)些額外損失將(jiāng)導緻電動機效率降低，并影響轉矩。當設備負荷對(duì)電動機轉矩的變動較敏感時，其扭動轉矩的輸出將(jiāng)影響所生産産品的質量。例如:造紙業、人造纖維紡織業、塑料薄膜行業和一些金屬加工業。
對(duì)于旋轉電機設備，與正弦磁化相比，諧波會增加噪音量。像五次和七次這(zhè)種(zhǒng)諧波源，在發(fā)電機或電動機負載系統上，可産生六次諧波頻率的機械振蕩。機械振蕩是由振動的扭矩引起(qǐ)的，而扭矩的振蕩則是由諧波電流和基波頻率磁場所造成(chéng)，如果機械諧振頻率與電氣勵磁頻率重合，會發(fā)生共振進(jìn)而産生很高的機械應力，導緻機械損壞的危險。
4、電子設備
電力電子設備對(duì)供電電壓的諧波畸變很敏感，這(zhè)種(zhǒng)設備常常須靠電壓波形的過(guò)零點或其它電壓波形取得同步運行。電壓諧波畸變可導緻電壓過(guò)零點漂移或改變一個相間電壓高于另一個相間電壓的位置點。這(zhè)兩(liǎng)點對(duì)于不同類型的電力電子電路控制是至關重要的。控制系統對(duì)這(zhè)兩(liǎng)點(電壓過(guò)零點與電壓位置點)的判斷錯誤可導緻控制系統失控。而電力與通訊線路之間的感性或容性耦合亦可能(néng)造成(chéng)對(duì)通訊設備的幹擾。
計算器和一些其它電子設備，如可編過(guò)程控制器(PLC)，通常要求總諧波電壓畸變率(THD)小于5%，且個别諧波電壓畸變率低于3%，較高的畸變量可導緻控制設備誤動作，進(jìn)而造成(chéng)生産或運行中斷，導緻較大的經(jīng)濟損失。
5、開(kāi)關和繼電保護
諧波電流也會引起(qǐ)開(kāi)關之額外損失，并提高溫升使承載基波電流能(néng)力降低。溫升的提高對(duì)某些絕緣組件而言會降低其使用壽命。低壓斷路器之固态跳脫裝置，系根據電流峰值來動作，而此種(zhǒng)型式之跳脫裝置會因饋線供電給非線性負載而導緻不正常跳閘。
6、功率因數補償電容器
電容器與其它設備相較有很大區别，因其容性特點在系統共振情況下可顯着的改變系統阻抗。電容器組之容抗随頻率升高而降低，因此，電容器組起(qǐ)到放大諧波電流的作用，從而提高溫升并增加絕緣材料的介質應力。頻繁地切換非線性電磁組件會産生諧波電流如變壓器，這(zhè)些諧波電流將(jiāng)增加電容器的負擔。應當注意的是熔絲通常不是用來當作電容器之過(guò)載保護。由諧波引起(qǐ)的發(fā)熱和電壓增加意味着電容器使用壽命的縮短。
系統諧振將(jiāng)導緻諧波電壓和電流會明顯地高于在無諧振情況下出現的諧波電壓和電流，因此在電力系統中使用電容器組時，必需考量因素是系統産生諧振的可能(néng)性。
