什么是電源諧波
比基頻頻率高的哪些頻率都叫諧波，一般是基頻的整數(shù)倍，（也可能是無(wú)理數(shù)倍），整數(shù)倍的諧波可用傅立葉級(jí)數(shù)描述。
諧波會(huì)造成波形畸變，用示波器這中時(shí)域分析儀器可以看到這種畸變，但最好用頻域分分析儀表，如：頻譜儀。當(dāng)然有些高端示波器帶頻譜分析功能，也能用。
供電系統(tǒng)中的諧波
在供電系統(tǒng)中諧波電流的出現(xiàn)已經(jīng)有許多年了。過(guò)去，諧波電流是由電氣化鐵路和工業(yè)的直流調(diào)速傳動(dòng)裝置所用的，由交流變換為直流電的水銀整流器所產(chǎn)生的。近年來(lái)，產(chǎn)生諧波的設(shè)備類(lèi)型及數(shù)量均已劇增，并將繼續(xù)增長(zhǎng)。所以，我們必須很慎重地考慮諧波和它的不良影響，以及如何將不良影響減少到最小。
1 諧波的產(chǎn)生
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(xiàn)性元件(電阻、電感及電容)的簡(jiǎn)單電路里，流過(guò)的電流與施加的電壓成正比，流過(guò)的電流是正弦波。
在實(shí)際的供電系統(tǒng)中，由于有非線(xiàn)性負(fù)荷的存在，當(dāng)電流流過(guò)與所加電壓不呈線(xiàn)性關(guān)系的負(fù)荷時(shí)，就形成非正弦電流。任何周期性波形均可分解為一個(gè)基頻正弦波加上許多諧波頻率的正弦波。諧波頻率是基頻的整倍數(shù)，例如基頻為50Hz，二次諧波為100Hz，三次諧波則為150Hz。因此畸變的電流波形可能有二次諧波、三次諧波……可能直到第三十次諧波組成。
2 產(chǎn)生諧波的設(shè)備類(lèi)型
所有的非線(xiàn)性負(fù)荷都能產(chǎn)生諧波電流，產(chǎn)生諧波的設(shè)備類(lèi)型有：開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)、電子熒火燈鎮(zhèn)流器、調(diào)速傳動(dòng)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(jī)等。
(1)開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)：
大多數(shù)的現(xiàn)代電子設(shè)備都使用開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)。它們和老式的設(shè)備不同，它們已將傳統(tǒng)的降壓器和整流器替換成由電源直接經(jīng)可控制的整流器件去給存貯電容器充電，然后用一種和所需的輸出電壓及電流相適合的方法輸出所需的直流電流。這對(duì)于設(shè)備制造廠的好處是使用器件的尺寸、價(jià)格及重量均可大幅度地降低，它的缺點(diǎn)是不管它是哪一種型號(hào)，它都不能從電源汲取連續(xù)的電流，而只能汲取脈沖電流。此脈沖電流含有大量的三次及高次諧波的分量。
(2)電子熒光燈鎮(zhèn)流器：
電子熒光燈鎮(zhèn)流器近年被大量采用。它的優(yōu)點(diǎn)是在工作于高頻時(shí)可顯著提高燈管的效率，而其缺點(diǎn)是其逆變器在電源電流中產(chǎn)生諧波和電氣噪聲。使用帶有功率因數(shù)校正的型號(hào)產(chǎn)品可減少諧波，但成本昂貴。
(3)直流調(diào)速傳動(dòng)裝置：
直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制器通常采用三相橋式整流電路，它也稱(chēng)作六脈沖橋式整流電路，因?yàn)樵谥绷鬏敵鰝?cè)每周波內(nèi)有六個(gè)脈沖(在每相的半波上有一個(gè))。直流電動(dòng)機(jī)的電感是有限的，故在直流電流中有300Hz的脈動(dòng)波(即為供電頻率的6倍)，這就改變了供電電流的波形。
(4)不間斷電源(UPS)：
根據(jù)電能變換方式和由外部供電到內(nèi)部供電所用轉(zhuǎn)換方式的不同，UPS有許多不同的類(lèi)型。主要的類(lèi)型有：在線(xiàn)的UPS、離線(xiàn)的UPS和線(xiàn)路交互作用的UPS。由UPS供電的負(fù)荷總是電子信息設(shè)備，它們是非線(xiàn)性的并且含有大量的低次諧波。
(5)磁芯器件：
在有鐵芯的電抗器上的勵(lì)磁電流和磁通密度之間的關(guān)系總是非線(xiàn)性的。如果電流波形是正弦波(亦即電路中串聯(lián)的電阻很大)那么磁場(chǎng)中會(huì)有高次諧波，這被認(rèn)為是強(qiáng)迫磁化過(guò)程。如果施加在線(xiàn)圈上的電壓是正弦波形(亦即串聯(lián)的電阻很小)則磁通密度也將是正弦波形，而電流波形則含有高次諧波，這被認(rèn)為是自由磁化過(guò)程。
3 諧波引發(fā)的問(wèn)題及解決措施
諧波電流在電源系統(tǒng)內(nèi)以及裝置內(nèi)均會(huì)造成問(wèn)題。但其影響和解決措施非常不一樣，需要分別處理；適用于消除諧波在裝置內(nèi)不良影響的辦法并不能減少諧波在電源系統(tǒng)內(nèi)造成的畸變，反之亦然。
(1)裝置內(nèi)的諧波問(wèn)題及解決措施：
有幾個(gè)常見(jiàn)多發(fā)的問(wèn)題是由諧波引起的：電壓畸變、過(guò)零噪聲、中性線(xiàn)過(guò)熱、變壓器過(guò)熱、斷路器的誤動(dòng)作等。
①電壓畸變：因?yàn)殡娫聪到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(這是產(chǎn)生"平頂"波的根源)。此阻抗有兩個(gè)組成部分：電源接口(PCC)以后的電氣裝置內(nèi)部電纜線(xiàn)路的阻抗和PCC以前電源系統(tǒng)內(nèi)的阻抗，用戶(hù)處的供電變壓器即是PCC的一例。
由非線(xiàn)性負(fù)荷引起的畸變負(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路上所接的全部其他負(fù)荷上，引起諧波電流的流過(guò)，即使這些負(fù)荷是線(xiàn)性的負(fù)荷也是如此。
解決的辦法是把產(chǎn)生諧波的負(fù)荷的供電線(xiàn)路和對(duì)諧波敏感的負(fù)荷的供電線(xiàn)路分開(kāi)，線(xiàn)性負(fù)荷和非線(xiàn)性負(fù)荷從同一電源接口點(diǎn)開(kāi)始由不同的電路饋電，使非線(xiàn)性負(fù)荷產(chǎn)生的畸變電壓不會(huì)傳導(dǎo)到線(xiàn)性負(fù)荷上去。
②過(guò)零噪聲：許多電子控制器要檢測(cè)電壓的過(guò)零點(diǎn)，以確定負(fù)荷的接通時(shí)刻。這樣做是為了在電壓過(guò)零時(shí)接通感性負(fù)荷不致產(chǎn)生瞬態(tài)過(guò)電壓，從而可減少電磁干擾(EMI)和半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件上的電壓沖擊。當(dāng)在電源上有高次諧波或瞬態(tài)過(guò)電壓時(shí)，在過(guò)零處電壓的變化率就很高且難于判定從而導(dǎo)致誤動(dòng)作。實(shí)際上在每個(gè)半波里可有多個(gè)過(guò)零點(diǎn)。
③中性線(xiàn)過(guò)熱：在中性點(diǎn)直接接地的三相四線(xiàn)式供電系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)荷產(chǎn)生3N次諧波電流時(shí)，中性線(xiàn)上將流過(guò)各相3N次諧波電流的和。如當(dāng)時(shí)三相負(fù)荷不平衡時(shí)，中性線(xiàn)上流經(jīng)的電流會(huì)更大。最近研究實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)中性線(xiàn)電流會(huì)可能大于任何一相的相電流。造成中性線(xiàn)導(dǎo)線(xiàn)發(fā)熱過(guò)高，增加了線(xiàn)路損耗，甚至?xí)䶮龜鄬?dǎo)線(xiàn)。
現(xiàn)行的解決措施是增大三相四線(xiàn)式供電系統(tǒng)中中性線(xiàn)的導(dǎo)線(xiàn)截面積，最低要求要使用與相線(xiàn)等截面的導(dǎo)線(xiàn)。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)曾提議中性線(xiàn)導(dǎo)線(xiàn)的截面應(yīng)為相線(xiàn)導(dǎo)線(xiàn)截面的200%。
④變壓器溫升過(guò)高：接線(xiàn)為Yyn的變壓器，其二次側(cè)負(fù)荷產(chǎn)生3N次諧波電流時(shí)，其中性線(xiàn)上除有三相負(fù)荷不平衡電流總和外，還將流過(guò)3N次諧波電流的代數(shù)和，并將諧波電流通過(guò)變壓器一次側(cè)流入電網(wǎng)。解決上述問(wèn)題最簡(jiǎn)單的辦法是采用Dyn接線(xiàn)的變壓器，使負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流在變壓器△形繞組中循環(huán)，而不致流入電網(wǎng)。
無(wú)論諧波電流流入電網(wǎng)與否，所有的諧波電流都會(huì)增加變壓器的電能損耗，并增加了變壓器的溫升。
⑤引起剩余電流斷路器的誤動(dòng)作：剩余電流斷路器(RCCB)是根據(jù)通過(guò)零序互感器的電流之和來(lái)動(dòng)作的，如果電流之和大于額定的限值它就將脫扣切斷電源。出現(xiàn)諧波時(shí)RCCB誤動(dòng)作有兩個(gè)原因：第一，因?yàn)镽CCB是一種機(jī)電器件，有時(shí)不能準(zhǔn)確檢測(cè)出高頻分量的和，所以就會(huì)誤跳閘。第二，由于有諧波電流的緣故，流過(guò)電路的電流會(huì)比計(jì)算所得或簡(jiǎn)單測(cè)得的值要大。大多數(shù)的便攜式測(cè)量?jī)x表并不能測(cè)出真實(shí)的電流均方根值而只是平均值，然后假設(shè)波形是純正弦的，再乘一個(gè)校正系數(shù)而得出讀數(shù)。在有諧波時(shí)，這樣讀出的結(jié)果可能比真實(shí)數(shù)值要低得多，而這就意味著脫扣器是被整定在一個(gè)十分低的數(shù)值上。
現(xiàn)在可以買(mǎi)到能檢測(cè)電流均方根值的斷路器，再加上真實(shí)的均方根值測(cè)量技術(shù)，校正脫扣器的整定值，便可保證供電的可靠性。
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