[科普中国]-谐波分量

谐波分量是指一个周期电气量的傅立叶级数中次数大于1的整数倍分量。电网谐波主要来自于3个方面：发电源质量不高产生谐波；输配电系统产生谐波；用电设备产生的谐波。

谐波的来源电网谐波来自于3个方面：

一是发电源质量不高产生谐波：

发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。

二是输配电系统产生谐波：

输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流0.5%。

三是用电设备产生的谐波：

晶闸管整流设备。由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。我们知道，晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分中含有大量的谐波。如果整流装置为单相整流电路，在接感性负载时则含有奇次谐波电流，其中3次谐波的含量可达基波的30%；接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。如果整流装置为三相全控桥6脉整流器，变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流；如果是12脉冲整流器，也还有11次及以上奇次谐波电流。经统计表明：由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，这是最大的谐波源。

变频装置。变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成份很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波也越来越多。

电弧炉、电石炉。由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。其中主要是2 7次的谐波，平均可达基波的8% 20%，最大可达45%。

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。

家用电器。电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流装置，会产生较深的奇次谐波。在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中，因不平衡电流的变化也能使波形改变。这些家用电器虽然功率较小，但数量巨大，也是谐波的主要来源之一1。

谐波分量测试谐波分量包括输入电压总谐波分量和输入电流总谐波分量。由于输入电压波形畸变较小，电压总谐波分量也较小而输入电流波形畸变较大，电流总谐波分量较高。采用8793A型谐波测试仪对几种彩色电视机的输入电压总谐波分量一、输入电流总谐波分量、功率因数以及输入电流各次谐波分量进行了测量。

较高的谐波产生的影响实践证明，较高的谐波特别是高次谐波会沿输电线路产生传导干扰和辐射干扰，对供电系统产生污染，影响其它用电设备的安全经济运行。如使发电机和变压器产生附加功率损耗，对继电器、自动保护装置、电子计算机及通信设备产生干扰而造成误动作或计算误差。因此，无论从保护电网的安全运行还是从用电设备的正常工作来看，防止和减小电流谐波对电网的污染，抑制电磁干扰，已成为全球性普遍关注的问题。国际电工委员会与之相关的电磁兼容法规对电器设备的各次谐波都做出了限制性的要求，世界各国尤其是发达国家已开始实施这一标准。我国商检局会同对外贸易经济合作部已经下发了《关于对六种进口商品实施电磁兼容强制检测的通知》。通知要求自2000年1月1日起，对个人计算机、显示器、打印机、开关电源、电视机和音响设备六种进口商品实施电磁兼容强制检测，以更好地保护我国的电磁环境2。

降低谐波分量的措施彩色电视机谐波分量过高的原因主要来源于图电路两个方面。一是开关电源产生的巧高频波及其高次谐波沿输入导线的传导（传导干扰），这可以通过在电视机的输人端接入的防电磁干扰的复式滤波器（彩色电视机一般都接有此电路）解决。测试表明，只要适当选择元器件的参数，便可较好地抑制这种干扰。二是由于在电视机的输入端采用了桥式整流电容滤波电路，由于这种电路充电时间常数小，二极管导通角小，造成输人电流波形产生了严重的畸变。因此，改善桥式整流电容滤波电路的输人特性，是降低电流谐波分量的关键，也是提高线路功率因数的有效措施。已问世的无源功率因数校正电路（PPFC）和有源功率因数校正电路（APFC）较好地解决了谐波分量与功率因数的关系。实践证明，采用电路可使输人电流总谐波分量降低到30%以下，功率因数可提高到0.95以上。而采用APFC电路可使输人电流总谐波分量降低到10%以下，功率因数提高到0.99以上3。

输入电流总谐波分量、功率因数及3，5，7次谐波都得到了很大改善。建议在彩色电视机中推广和技术，以减小电磁污染。

本词条内容贡献者为:

徐恒山 - 讲师 - 西北农林科技大学