从电路原理看非线性负载引发谐波的根本原因

从电路原理看非线性负载引发谐波的根本原因

在电力系统中，非线性负载是谐波的主要来源之一。要了解这种现象的原因，首先要从电路原理入手，分析非线性负载如何影响电流和电压波形。污染产生与线性负载的不同之处在于，它与电流与电压的比率不成线性比例。因此，会产生偏离基频的附加频率分量。

一、非线性负载和电流波形失真

当正弦电压施加到典型电路中的负载时，线性负载（电阻器、电感器、电容器等）理想情况下会导致电流波形产生成比例的失真。当前的响应。然而，非线性负载（变压器、整流器、开关电源等）因其工作原理而产生和内部元件的失真特性。最常见的非线性负载是由二极管、晶体管和晶闸管等电力电子器件组成的电路。

这些电力电子元件工作时，无法像理想电阻那样平稳地控制电流。相反，它们依靠开关动作来调节电流的大小和方向。这是因为开关器件的工作原理影响了电流的流动特性，导致负载端的电流波形偏离正弦波形，产生不规则的脉冲。电流波形包含各种频率成分，特别是基波频率的整数倍的成分称为谐波。

二、变压器和整流器的特点

变压器是一种典型的供电设备。尽管它在许多能源系统中发挥着重要作用，但由于其磁饱和特性，它也是潜在的谐波源。铁芯中的磁性材料不再能够有效地响应外部电场的变化，导致电流波形失真。特别是在高负载或极端工作条件下，变压器饱和效应会变得更加明显，谐波也会变得更加明显。

整流器也是常见的非线性负载。其工作原理是将交流电（AC）转换为直流电（DC）。该过程通常使用半导体器件，例如二极管和晶闸管。电流仅在某些时段流动，而在其他时段完全切断。这种开关特性会导致电流波形发生较大变化，产生短脉冲和高次谐波。

三、逆变器和开关电源的影响

逆变器通常用于将直流电转换为交流电，广泛应用于太阳能发电、UPS电源等。逆变器中使用的功率开关元件（MOSFET、IGBT等）由于这种高频开关操作而导致负载侧电流畸变，产生多个谐波频率。特别是在逆变器频率调整过程中，由于开关频率的过度调制和干扰，谐波的产生变得更加复杂。

而且，随着开关电源作为现代电子设备的核心部件的广泛应用，谐波问题也越来越严重。开关电源通过调节开关频率来控制输出功率和电压，特别是在负载波动或开关频率较高时。电流、电压波形的畸变更加明显，产生的谐波频率甚至会影响整个电力系统的稳定性。

四、谐波的危害及处理