修订版：谐波基本介绍

修订版：谐波基本介绍

谐波是电力系统中一个重要的技术问题，它不仅影响电力设备的正常运行，还可能导致能源浪费和安全隐患。本文将从谐波的基本定义出发，详细探讨谐波的成因、不同阶次谐波的特点及其对电力系统的影响，帮助读者全面了解这一重要概念。

谐波简介

自 20 世纪初真空管发明以来，工程师和科学家首次发现了不连续负载，谐波就一直存在。最初，谐波的影响可以忽略不计，工程师们基本上忽略了它。然而，随着技术的进步，随着电子照明、不间断电源、可编程逻辑控制器和变频驱动器等复杂电子设备的出现，谐波开始带来电能质量挑战。谐波对这些设备产生的信号质量的影响迫使设计、滤波过程和安装程序必须做出改变。尽管工程和普遍认识有所提高，但仍需要进一步减轻谐波。本文旨在为您提供减少谐波影响的基本知识。

谐波的定义

在电力系统中，谐波被定义为基频电流或电压的倍数。每当您观察到的波形偏离预期的正弦波形时，它就包含谐波。

谐波的成因

根据系统从电源汲取电力的方式，交流信号可分为线性信号和非线性信号。谐波是由非线性系统引起的，非线性系统会以短脉冲形式汲取电流。这些脉冲会使波形失真，产生谐波，从而导致影响负载和配电系统的电力问题。非线性负载系统的例子包括电视等电子设备。

基本电谐波

电力来自发电机，其频率称为基频或第一谐波频率，通常为 50 Hz 或 60 Hz（具体取决于国家/地区）。所有电气和电子系统都设计为在此频率下高效运行。

谐波阶次和复杂波形

二阶谐波

二阶谐波的频率为 100 Hz，是基频 50 Hz 的两倍。当基频达到零时，二阶谐波达到峰值，反之亦然。这会导致二阶谐波引发反向电流，通过对抗旋转磁场影响感应电机，导致机械扭矩降低。这种谐波也称为负序。

三阶谐波

三阶谐波的频率为 150 Hz，是基频的三倍。这些谐波特别危险。当三阶和基频谐波电流同时达到零时，它们会在相反的点达到峰值，从而产生零序电流，从而增加电力系统中的中性电压。由于三阶谐波电流（也称为三重峰），这种增加可能会触发断路器。

四阶谐波

四阶谐波的频率为 200Hz，是基频的四倍。基频和四阶谐波同时达到峰值。这会增加导体中的电流，从而提高设备温度，也称为正谐波。

五阶谐波

五阶谐波的频率为 250 Hz，与三阶谐波具有相同的特性，但工作频率更高。

波形分析

从波形可以看出，复杂波形由谐波和基波的组合组成，每个谐波都有其相位角和峰值。谐波的值可以使用以下公式计算：

• 第二谐波：E2 = V(max)Sin(2Π*2ft)
• 第三谐波：E3 = V（max）Sin（2Π*3ft）
• 第四谐波：E4 = V（max）Sin（2Π*4ft）

对于高阶谐波，此过程仍会继续。因此，复杂波形的方程为：

谐波排序

下面是谐波序列的总结，说明了频率如何从基频变化到更高阶。

谐波效应总结

从这篇文章中，我们可以得出结论：

• 谐波是基频的倍数。
• 谐波会增加系统产生的热量，影响电压水平并影响电机扭矩。
• 基频为 50 Hz 或 60 Hz，具体取决于国家/地区。
• 二阶谐波的频率为 100 Hz。
• 三阶谐波的频率为 150 Hz。