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谐波的危害及其抑制措施 中国联通苏州分公司 柳振伟 摘要：本文对谐波的概念及产生原理、谐波产生的问题作了较为详细的描述，并对目前解决 谐波问题的措施作了分析。 关键词：交频器；谐波危害；抑制谐波措施 一、概述 理想状态下，优质的电力供应应该提供具有正弦波形的电压。但在实际中供 电电压的波形会由于某些原因而偏离正弦波形，即产生谐波。我们所说的供电系 统中的谐波是指一些频率为基波频率(在我国工业用电频率以 50Hz 为基波频率) 整数倍的正弦波分量，又称为高次谐波。在供电系统中，产生谐波的根本原因是 由于给具有非线性阻抗特性的电气设备(又称为非线性负荷)供电的结果。这些非 线性负荷在工作时向电源反馈高次谐波，导致供电系统的电压、电流波形畸变， 使电力质量变坏。因此，谐波是电力质量的重要指标之一。当电流流经负载时， 与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。谐波频率是基 频率波的整倍数，根据法国数学家傅立叶(M．Fourier)分析原理证明，任何重复 的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐 波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。谐波可以I区分为偶次 与奇次性，第 3、5、7 次编号的为奇次谐波，而 2、4，6、8 等为偶次谐波，如 基波为 50Hz 时，2 次谐波为 lOOHz，3 次谐波则是 150Hz。一般地讲，奇次谐波 引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐 波已经被消除了，只有奇次谐波存在。对于三相整流负载，出现的谐波电流是 6n±1次谐波，例如5、7，11、13、17、19等，变频器主要产生5、7次谐波。 一个正弦波在 5 次谐波和 7 次谐波的影响下怎样发生畸变。（相对于基波的 24% 和9%），如下图所示。 fundamental fundamental distorted wave 5th harmonic 7th harmonic harmonics 图1 基波和谐波 图 2 失真波形 谐波的危害表现为引起电气没备(电机、变压器和电容器等)附加损耗和发热， 使同步发电机的额定输出功率降低，转矩降低，变压器温度升高，效率降低，绝 缘加速老化，缩短使用寿命，甚至损坏，从而降低继电保护、控制、以及检测装 置的工作精度和可靠性等。谐波注入电网后会使无功功率加大，功率因数降低， 甚至有可能引发并联或串联谐振，损坏电气设备以及干扰通信线路的正常工作。 供电系统中的谐波问题已引起各界的广泛关注，为保证供电系统中所有的电 气，电子设备能在电磁兼容意义的基础上进行正常、和谐的工作，必须采取有力 的措施，抑制和防止电网中因谐波危害所造成的严重后果。 二、谐波产生的原因 在电力的生产，传输、转换和使用的各个环节中都会产生谐波。在发电环节， 当对发电机的结构和接线采取一些措施后，可以认为发电机供给的是具有基波频 率的正弦波形的电压。在其它几个环节中，谐波的产生主要是来自下列具有非线 性负荷都能产生谐波电流，产生谐波的设备类型有：开关模式电源(SMPS)、电子 荧火灯镇流器、调速传动装置、不间断电源(UPS)、磁性铁芯设备及某些家用电 器如电视机等。 (1)开关模式电源(SMPS) 大多数的现代电子设备都使用开关模式电源(SMPS)。它们和老式的设备不 同，它们已将传统的降压器和整流器替换成由电源直接经可控制的整流器件去给 存贮电容器充电，然后用一种和所需的输出电压及电流相适合的方法输出所需的 直流电流。这对于设备制造厂的好处是使用器件的尺寸、价格及重量均可大幅降 低，它的缺点是不管它是哪一种型号，它都不能从电源汲取连续的电流，而只能 汲取脉冲电流。此脉冲电流含有大量的三次及高次谐波的分量。 (2)电子荧光灯镇流器 电子荧光灯镇流器近年被大量采用