[科普中国]-整流器谐波

整流器谐波(rectifier's harmonics)是指整流器工作时产生的、引起电力网电流波形畸变的电流波。整流器是电力网的主要非正弦受电设备，即使电力网供电电压波形是理想的正弦波，由于整流器件的单向导电作用，在正、反相电压作用下，其电阻值完全不同，因而整流器从电力网取用的电流也是非正弦的。由于系统参数、整流器相数、接线方式和运行条件的不同，这种非正弦波形都有程度不同的畸变。畸变的电流波形可分解为基波及一系列不同频率和幅值的谐波。

简介整流器谐波(rectifier's harmonics)是指流器工作时产生的、引起电力网电流波形畸变的电流波。整流器是电力网的主要非正弦受电设备，即使电力网供电电压波形是理想的正弦波，由于整流器件的单向导电作用，在正、反相电压作用下，其电阻值完全不同，因而整流器从电力网取用的电流也是非正弦的。由于系统参数、整流器相数、接线方式和运行条件的不同，这种非正弦波形都有程度不同的畸变。畸变的电流波形可分解为基波及一系列不同频率和幅值的谐波。

当非正弦电流流经系统中的发电机、输电线、变压器等各种元件时，在元件上产生非正弦电压降，使系统中各点的电压波形也发生程度不同的畸变。畸变的电压反过来又对整流器从电力网中取用的电流波形产生影响。因而谐波电流和谐波电压是伴生且互相作用的。

整流器输出的直流电流和电压也不是理想的直流波形，而是可以分解为直流分量和一系列交流谐波分量的组合波。直流输出一般靠近负载，故其谐波的影响而很小。

电力网中的谐波电流不仅恶化电力网的电能质量，使整个电力网经济运行的效益受到一定损失，而且影响用户，干扰通信系统，为此应采用抑制谐波的措施以消除不良影响1。

整流器的特征谐波和非特征谐波整流器工作在理想情况下分析所得的各次谐波称为整流器的特征谐波。由于各晶闸管的门极触发脉冲电流不对称、或三相电压不对称、或电压波形发生畸变、或三相电路参数不同等因素，均会产生特征谐波以外的其他次数的谐波，这类谐波统称为整流器的非特征谐波。

谐波的影响主要有以下方面：

(1)干扰通信系统：整流器的谐波电流对邻近的通信线路会产生电磁感应和分布电容祸合干扰，影响通信质量。

(2)影响同步发电机：若同步发电机的主要负荷是整流器，则谐波电流会使定、转子，尤其是转子产生附加损耗和附加温升，从而降低同步发电机的额定输出功率。

(3)影响异步电动机：若系统中的异步电动机与整流器并联运行，则整流器形成的谐波电压会使电动机功率因数下降，输出最大转矩减小，损耗增加。

(4)影响电力电容器：电容器的电容量与频率成反比，故受谐波影响更为显著。谐波电压使介质损失系数增大，加速电容器介质老化，谐波电流使电容器的运行电流有效值增大，特别处于谐振时，常使电容器过负荷或过电压并超过允许的温升，甚至造成无法运行的事故。

(5)影响电力线路、开关、避雷器：谐波电压使电力线路绝缘加速老化，泄漏电流增大。当发生串联谐振时，可能引起放电并击穿电缆。某些用于高压配电的开关，其灭弧机构不能遮断超过50%波形畴变率的故障电流，能导致开关损坏。谐波过电压可使避雷器放电时间过长而损坏。

(6)影响变压器：谐波电压使变压器励磁电流增大，温度升高，效率降低，功率因数恶化。

(7)影响电能计量：感应式有功和无功电能表是按工频设计的。其读数反应谐波量的功率不足，从而造成误差。在不同的电压与电流相位差的情况下，频率越高相对误差越大，而且均为负误差。

(8)影响继电保护和自动装置：高次谐波是影响可控整流器本身稳定工作的因素之一。当谐波电压较高时，有可能使晶体管保护装置误动作或失灵，增加供电系统电压自动调节系统的误差。负序系统的高次谐波电流对具有负序电流滤波器的继电保护装置有明显的助增作用，以致引起误动作。高次谐波电流还会恶化甚至破坏利用电力线路作远动装置联系通道的正常工作，对音频控制系统也有影响2。

抑制和消除谐波世界各国都有限制谐波的标准或规定，要求将谐波发生源注入电力网的谐波含量控制在允许的范围内。抑制和消除谐波一般有增加整流相数、合理配置系统参数、设置滤波装置等措施。

(1)增加整流相数:该措施可以基本消除幅值较大的低次谐波。可采用12相、24相等多相整流系统。这些都是在6相的基础上，利用变压器的三相绕组，组成星形或三角形的不同组合，或采用移相绕组构成的。

(2)合理配置系统参数:增加系统短路容量对抑制谐波影响是有效的，然而往往难以实现。因而需要根据电力网情况，规定整流器的投入容量。考虑的原则是：

①与系统(短路)容量之间的比例；

②允许的电压畸变等。配置并联电容器时要注意防止谐波电流的放大作用。

可控整流器会出现低次的非特征谐波，为了避免谐振，必须使系统在最低次谐波条件下仍呈感性阻抗。

(3)设置滤波装置：该装置可分为无源滤波装置和有源滤波装置两大类。无源滤波装置常采用与电力网并联的固定式单谐振R-L-C组成的滤波器，设定的串联谐振频率就是需要滤除的n次谐波，这样可形成低阻抗通道，起到抑制谐波电流放大的作用。根据需要还可设置不同次数谐波的滤波装置，也可以设计成兼作无功功率补偿的滤波装置。

有源滤波装置又称有源谐波抑制装置。这种装置是利用电力半导体器件将直流电流变换成任意波形的交流电流，其次数与幅值尽可能与所需抑制的谐波相同，极性则相反，将其注入电力网，起到抵消谐波的作用3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学