定义:
从严格的意义来讲,谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量,一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解,其余大于基波频率的电流产生的电量。从广义上讲,由于交流电
网有效分量为工频单一频率,因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波,这时“谐波”这个词的的意义已经变得与原意有些不符。正是因为广义的谐波概念,才有了“分数谐波”、“间谐波
”、“次谐波”等等说法。产生的原因:由于正弦电压加压于非线性负载,基波电流
发生畸变产生谐波。主要非线性负载有UPS废渣4、开关电源、整流器、变频器
、逆变器等。 周期性波形的展开
根据傅立叶级数的原理,周期函数都可以展开为常数与一组具有共同周期的正弦函数和余弦函数之和。
其展开式中,常数表达的部分称之为直流分量,最小正周期等于原函数的周期的部分称之
为基波或一次谐波,最小正周期的若干倍等于原函数的周期的部分称之为高次谐波。
因此高次谐波的频率必然也等于基波的频率的若干倍,基波频率3倍的波称之为三次谐波,基波频率5倍的波称之为五次谐波,以此类推。不管几次谐波,他们都是正弦波。
谐波的危害:
降低系统容量如变压器、断路器、电缆等
加速设备老化,缩短设备使用寿命,甚至损坏设备
危害生产安全与稳定
浪费电能等。
产生
在理想的干净供电系统中,电流和电压都是正弦波的。在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路里,流过的电流与施加的电压成正比,流过的电流是正弦波。
用傅立叶分析原理,能够把非正弦曲线信号分解成基本部分和它的倍数。
在电力系统中,谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时,与所加的电压不呈线性关系,就形成非正弦电流,即电路中有谐波产生。由于半导体晶闸管的开关操作和二极管、半导体晶闸管的非线性特性,电力系统的某些设备如功率转换器比较大的背离正弦曲线波形。
谐波电流的产生是与功率转换器的脉冲数相关的。6脉冲设备仅有5、7、11、13、17、19 …。n倍于电网频率。功率变换器的脉冲数越高,最低次的谐波分量的频率的次数就越高。
其他功率消耗装置,例如荧光灯的电子控制调节器产生大强度的3 次谐波( 150 赫兹)。
在供电网络阻抗( 电阻) 下这样的非正弦曲线电流导致一个非正弦曲线的电压降。在供电网络阻抗下产生谐波电压的振幅等于相应谐波电流和对应于该电流频率的供电网络阻抗Z的乘积。次数越高,谐波分量的振幅越低。
只要哪里有谐波源那里就有谐波产生。也有可能,谐波分量通过供电网络到达用户网络。
例如,供电网络中一个用户工厂的运转可能被相邻的另一个用户设备产生的谐波所干扰。
产生谐波的设备类型
所有的非线性负荷都能产生谐波电流,产生谐波的设备类型有:开关模式电源(SMPS)、电子荧光灯镇流器、调速传动装置、不间断电源(UPS)、磁性铁芯设备及某些家用电器如电视机等。
谐波是正弦波,每个谐波都具有不同的频率,幅度与相角。
谐波频率是基波频率的整倍数,根据法国数学家傅立叶(M给排水在线.Fourier)分析原理证明,任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。
根据谐波频率的不同,可以分为:
4.1、奇次谐波
额定频率为基波频率奇数倍的谐波,被称为“奇次谐波电梯门机系统”手动调速永磁耦合器,如3、5、7次谐波
4.2、偶次谐波
额定频率为基波频率偶数倍的谐波,被称为“偶次谐波”,如2、4、6、8次谐波。
一般地讲,奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。
在平衡的三相系统中,由于对称关系,偶次谐波已经被消除了,只有奇次谐波存在。对于三相整流负载,出现的谐波电流是6n±1次谐波,例如5、7、11、13光纤熔接示意图、17、19等。 变频器主要产生5、焗炉7次谐波。
4.3、分量谐波
频率为基波非整数倍的分量称为间谐波(interharmonics),有时候也将低于基波的间谐波称为次谐波(sub-harmonics),次谐波可看成直流与工频之间的间谐波。详细请参考GB/T 24337--2009.
总谐波畸变率:非正弦周期性信号的各次谐波有效体系根值与基波有效值的比。一般以百分数表示。