谐波电流

谐波电流就是将非正弦周期性电流函数按傅立叶级数展开时，其频率为原周期电流频率整数倍的各正弦分量的统称。频率等于原周期电流频率k倍的谐波电流称为k次谐波电流，k大于1的各谐波电流也统称为高次谐波电流。

基本定义

一个周期信号可以通过傅里叶变换分解为直流分量c0和不同频率的正弦信号的线性叠加：

ω/2π为基波分量的频率，称为基波频率，基波分量的频率等于交流信号的频率。而m次谐波的频率为基波频率的整数倍（m倍）。

谐波故障

1）照明控制系统（亮度调节）

2）开关电源（计算机，电视机）

3）电动机调速设备

4）自感饱和铁芯

5）不间断电源

6）整流器

7）电焊设备

8）电弧炉

9）机床（CNC）

10）电子控制机构

相关概念

由一个扼流线圈和一个电容器串联组成的谐振电路并调谐为对谐波电流具有极小的阻抗。该调谐的谐振电路用于精确地清除配电网络中的主要谐波成分。

2）谐波吸收器（非调谐的）

由一个扼流线圈和一个电容器串联组成的谐振电路并调谐为低于最低次谐波的频率以防止谐振。

谐波电流是由设备或系统引入的非正弦特性电流。谐波电流叠加在主电源上。

4）谐波

其频率为配电系统工作频率倍数的波形。按其倍数称为 n 次（ 3 、 5 、 7 等）谐波分量。

5）谐波电压

谐波电压是由谐波电流和配电系统上产生的阻抗导致的电压降。

6）阻抗

7）阻抗系数

阻抗系数是 AF （载波）阻抗相对于 50Hz （基波）阻抗的比率。

8）并联谐振频率

网络阻抗达到最大值的频率。在并联谐振电路中，电流分量 I L 和 I C 大于总电流 I 。

9）无功功率

10）无功功率补偿

供电部门规定一个最小功率因数以避免电能浪费。如果一个工厂的功率因数小于这个最小值，它要为无功功率的部分付费。否则它就应该用电容器提高功率因数，这就必须在用电设备上并联安装电容器。

11）谐振

12）谐振频率

每个电感和电容的连接形成一个具有特定共振频率的谐振电路。一个网络有几个电感和电容就有几个谐振频率。

13）串联谐振谐电路

14）串联谐振频率

网络的阻抗水平达到最小的频率。在串联谐振电路内分路电压 U L 和 U C 大于总电压 U 。

15）分数次谐波

技术原理

1）MKP( MKK ， MKF) 电容器

2）MPP( MKV) 电容器

3）自愈

发展历程

包含PCB 的电容器有大约30 W/kvar的功率损耗值。 电容器本身由镀金属纸板做成。

由于这种电容被禁止使用，一种新的电容技术被开发出来。为了满足节能趋势的要求，发展低功耗电容器成为努力的目标。

由于前一代电容器存在一个很高的自电感，高频的电流和电压(谐波) 不能被吸收，而新的电容器则会更多地吸收谐波。

危害产生原因

（1）发电源质量不高产生谐波

（2）输配电系统产生谐波

（3）用电设备产生的谐波：

气体放电类电光源。荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。分析与测量这类电光源的伏安特性，可知其非线性十分严重，有的还含有负的伏安特性，它们会给电网造成奇次谐波电流。

系统危害

理想的公用电网所提供的电压应该是单一而固定的频率以及规定的电压幅值。谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，也对周围的用电设备造成影响。电力电子设备广泛应用以前，人们对谐波及其危害就进行过一些研究，并有一定认识，但那时谐波污染还没有引起足够的重视。近三四十年来，各种电力电子装置的迅速发展使得公用电网的谐波污染日趋严重，由谐波引起的各种故障和事故也不断发生，谐波危害的严重性才引起人们高度的关注。谐波对公用电网和其他系统的危害大致有以下几个方面。

（2）谐波影响各种电气设备的正常工作。 谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏。

（4）谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确。

纹波危害

谐波简单地说，就是一定频率的电压或电流作用于非线性负载时，会产生不同于原频率的其它频率的正弦电压或电流的现象。

除了在电路中我们所需要产生谐波的情况以外，它主要有以下主要危害：

1、使电网中发生谐振而造成过电流或过电压而引发事故；

2、增加附加损耗，降低发电、输电及用电设备的效率和设备利用率；

3、使电气设备（如旋转电机、电容器、变压器等）运行不正常，加速绝缘老化，从而缩短它们的使用寿命；

5、使测量和计量仪器、仪表不能正确指示或计量；

6、干扰通信系统，降低信号的传输质量，破坏信号的正常传递，甚至损坏通信设备。

7、容易在用电器上产生谐波，而谐波会产生较多的危害；

8、降低了电源的效率；

10、会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作；

电网污染

电力污染及电力品质恶化主要表现于以下方面：电压波动、浪涌冲击、谐 波、三相不平衡等。

电源污染会对用电设备造成严重危害，主要有：

2.影响无线电发射系统、雷达系统、核磁共振等设备的工作性能， 造成噪声干扰和图像紊乱。

3.引起电气自动装置误动作，甚至发生严重事故。

4.使电气设备过热，振动和噪声加大，加速绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。

电压波动及闪变

浪涌冲击

谐波

计算机是此类非线性负载之一，象绝大多数办公室电子设备一样，计算机装有一个二极管/电容型的供电电源，这类供电电源仅在交流正弦波电压的峰值处产生电流，因此产生大量的三次谐波电流（150Hz）。其它产生谐波电流的设备主要有：电动机变频调速器，固态加热器，和其他一些产生非正弦波变化电流的设备。

三相不平衡

三相不平衡会在中性线上产生过电流(由谐波和不平衡引起)不仅会使导线温度升高，甚至引发严重火灾事故等。

电网中的不平衡电流会增加线路及变压器的铜损，增加变压器的铁损，降低变压器的出力甚至会影响变压器的安全运行，会造成三相电压不平衡因而降低供电质量，甚至会影响电能表的精度而造成计量损失。

不平衡电流对系统铜损的影响

设某系统的三相线路及变压器绕组的总电阻为R。如果三相电流平衡，IA=100A，IB=100A，IC=100A，则总铜损=1002R+1002R+1002R=30000R。

在更为严重的状态下，如果IA=0A，IB=150A，IC=150A，则总铜损=1502R+1502R=45000R，比平衡状态的铜损增加了50%。

不平衡电流对变压器的影响

三相负荷不平衡的危害

对配电变压器的影响

（1）三相负荷不平衡将增加变压器的损耗：

从数学定理中我们知道：假设a、b、c 3个数都大于或等于零，那么a+b+c≥33√abc 。

当a=b=c时，代数和a+b+c取得最小值：a+b+c=33√abc 。

Qa+Qb+Qc≥33√〔（Ia2 R）（Ib2 R）（Ic2 R）〕

由此可知，变压器的在负荷不变的情况下，当Ia=Ib=Ic时，即三相负荷达到平衡时，变压器的损耗最小。

则变压器损耗：

当变压器三相平衡运行时，即Ia=Ib=Ic=I时，Qa+Qb+Qc=3I2R；

当变压器运行在最大不平衡时，即Ia=3I，Ib=Ic=0时，Qa=(3I)2R=9I2R=3(3I2R)；

（2）三相负荷不平衡可能造成烧毁变压器的严重后果：

（3）三相负荷不平衡运行会造成变压器零序电流过大，局部金属件温升增高：

高压线路的影响

（1）增加高压线路损耗：

低压侧三相负荷平衡时，6～10k V高压侧也平衡，设高压线路每相的电流为I，其功率损耗为： ΔP1 = 3I2R

ΔP2 = 2（0.75I）2R+（1.5I）2R = 3.375I2R =1.125（3I2R）；

即高压线路上电能损耗增加12.5%。

对配电屏和低压线路的影响

（1）三相负荷不平衡将增加线路损耗：

三相四线制供电线路，把负荷平均分配到三相上，设每相的电流为I，中性线电流为零，其功率损耗为： ΔP1 = 3I2R

在最大不平衡时，即某相为3I，另外两相为零，中性线电流也为3I，功率损耗为：

（2）三相负荷不平衡可能造成烧断线路、烧毁开关设备的严重后果：

对供电企业的影响

对用户的影响

三相负荷不平衡，一相或两相畸重，必将增大线路中的电压降，降低电能质量，影响用户的电器使用。

污染治理

谐波抑制

谐波抑制主要有以下几种方法：

1）串联电抗器

2）有源滤波补偿

3）无源滤波补偿

4）增加整流设备的相数

无功补偿

无功补偿的作用主要有以下几点：

（1） 提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗。

（2） 稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。在长距离输电线中合适的地点设置动态无功补偿装置还可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力。