高次谐波的产生，谐波的含义、产生的原因及危害

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谐波的产生(谐波的含义、原因和危害)

谐波的含义、成因及危害。

一，谐波的含义

频率是基频整数倍的正弦波分量称为谐波。因为谐波的频率是基波频率的整数倍，所以常被称为高次谐波。

二，谐波产生的原因

谐波产生的根本原因是电力系统中某些设备和负载的非线性特性，即施加的电压与产生的电流之间的非线性(比例)关系引起的波形畸变。当电力系统向非线性设备或负载供电时，这些设备或负载不仅传递(如变压器)、变换(如交流/DC变换器)和吸收(如电弧炉)系统发电机供给的基波能量，还将部分基波能量转化为谐波能量，将大量谐波送回系统，使电力系统的正弦波形发生畸变，降低电能质量。

三、谐波的危害

1.变压器

对于变压器来说，谐波电流会增加铜损和杂散损耗，谐波电压会增加铁损。与纯基波的正弦电流和电压相比，谐波对变压器的总体影响是更高的温升。需要注意的是，谐波引起的这些额外损耗将与电流和频率的平方成正比增加，这将导致变压器基本负载能力的降低。在为非线性负载选择正确的变压器额定容量时，应考虑足够的减载系数，以保证变压器的温升在允许范围内。还需要注意的是，谐波带来的额外损耗会按照消耗的能量(千瓦时)体现在电费中，谐波也会导致变压器噪声的增加。

2.电力电缆

与相同均方根值的纯正弦波电流相比，非正弦波电流在导体中产生的热量更高。额外的温度升高是由众所周知的集肤效应和邻近效应引起的，这取决于频率以及导体的尺寸和间距。这两种影响就像增加了导体的交流电阻，导致I2RAC损耗增加。

3.电动机和发电机

谐波电流和电压对感应电机和同步电机的主要影响是谐波频率下铁损和铜损增加导致的额外温升。这些额外的损耗会导致电机效率的降低，影响转矩。当设备负载对电机转矩变化敏感时，其扭转转矩的输出会影响所生产产品的质量。比如:造纸行业、人造纤维纺织行业、塑料薄膜行业和一些金属加工行业。

对于旋转电气设备，与正弦磁化相比，谐波会增加噪声量。五次和七次谐波等谐波源会在发电机或电动机的负载系统上产生六次谐波频率的机械振荡。机械振荡是由振动力矩引起的，而力矩振荡是由谐波电流和基频磁场引起的。如果机械共振频率与电激励频率重合，就会产生共振，产生较高的机械应力，导致机械损伤的危险。

4.电子设备

电子设备对电源电压的谐波失真非常敏感，这类设备往往需要通过电压波形或其他电压波形的过零点来同步工作。谐波失真可能导致电压过零漂移，或者改变一个相间电压高于另一个相间电压的位置。这两点对于不同类型的电力电子电路控制非常重要。控制系统对这两点(电压过零点和电压位置点)的误判会导致控制系统失控。电力和通信线路之间的电感或电容耦合也可能对通信设备造成干扰。计算器和一些其他电子设备，如可编程序控制器(PLC)，通常要求总谐波电压畸变率(THD)小于5%，单个谐波电压畸变率小于3%。较高的失真度会导致控制装置的误动作，从而造成生产或运行中断，造成较大的经济损失。

5.开关和继电保护

谐波电流还会造成开关的额外损耗，并增加温升，降低携带基波电流的能力。温升的增加会降低某些绝缘部件的使用寿命。低压断路器的固态脱扣器按峰值电流动作，这类脱扣器会因馈线向非线性负载供电而造成非正常脱扣。

6.功率因数补偿电容器

与其他器件相比，电容器因其电容特性而有很大不同，在系统谐振的情况下，会显著改变系统阻抗。电容器组的容抗随着频率的增加而减小。因此，电容器组起到放大谐波电流的作用，从而增加绝缘材料的温升和介电应力。非线性电磁元件的频繁开关会产生变压器等谐波电流，增加电容器的负担。应该注意的是，保险丝通常不用于电容器的过载保护。谐波引起的发热和电压升高意味着电容器的使用寿命缩短。

系统的谐振将导致谐波电压和电流显著高于无谐振时的电压和电流。因此，在电力系统中使用电容器组时，必须考虑系统谐振的可能性。

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