關鍵字：諧波(42)諧波抑制(5)

　　目前，雖然各類穩(wěn)壓設備正逐步更新?lián)Q代，但是仍然沒有阻攔住諧波的恣意破壞;相反，隨之而來的諧波危害卻越來越不可忽視。因此，很有必要對諧波的產生和危害性進行定性分析，以便加深認識，揚棄并舉，在抑制諧波危害的同時，充分發(fā)揮其有利方面。

　　1諧波的危害

　　諧波的危害要從我國的配電體制談起。我國一直采用50Hz交流供電制式，在穩(wěn)壓保護的過程中，很少考慮到諧波的危害。這樣一來為諧波的產生和延續(xù)提供了條件，使得諧波相互作用，一方面損壞電器，另一方面消耗大量電能。表1為50Hz交流供電體制下的正序、負序和零序諧波的分類。

　　表1諧波分類

　　諧波次數(shù)2345678910

　　頻率(Hz)100150200250300350400450500

　　相序-0+-0+-0+

　　正是由于各種諧波的存在，使50Hz的正弦交流電發(fā)生波形畸變，影響了正常的工作。在三相四線供電變壓器中，3次整數(shù)倍的諧波代數(shù)疊加，感應到變壓器一次側，造成線圈過熱，同時使中線電流過大，發(fā)熱，甚至燒壞。在電機運行過程中，諧波使交流電壓波形嚴重失真，燒壞電機。在無功補償電路中，諧波會形成諧振，燒壞電容柜。在日常生活中，日光燈燈管被燒壞，起輝器無法啟動等情況都是由諧波造成的。

　　除了對電路造成危害之外，諧波的存在，也使配電功率因數(shù)的提高受到制約。利用電容補償電路提高功率因數(shù)時，不可避免地帶來諧波的負面影響。如果諧波次數(shù)較高，無功補償電容很可能被擊穿。

　　2諧波的定性分析

　　各次諧波在電路中的作用是不相同的，現(xiàn)對諧波常見的兩種作用效果進行定性分析，找出原因，加以抑制。

　　2.1諧波的疊加特性

　　諧波的疊加與相序有關。在同一電路中，有些諧波相互作用時，相互減弱或相互抵消，但是，更多的場合往往相互疊加，使波形發(fā)生明顯的畸變。例如，僅有3次諧波出現(xiàn)時，波形如圖1所示;當3次、5次諧波同時出現(xiàn)時，就會使正弦波明顯地發(fā)生了變化，如圖2所示。

　　圖1u1、u3及其疊加波形

　　圖2u1、u3、u5及其疊加波形

　　如果繼續(xù)疊加，正弦波就會發(fā)生質的變化。方波可用傅里葉級數(shù)展開如下式。

　　ui=4Um[sin2πft+(sin6πft)/3+(sin10πft)/5

　　+…+(sin2kπft)/k〗/π(1)

　　其中，ui為疊加之后的電壓，Um為基波振幅，f為基波的頻率50Hz，k=1、3、5……為奇數(shù)。

　　當然，其它種類的諧波疊加的情況也很多，如鋸齒波就含有一系列的偶次諧波(見圖3)

　　圖3鋸齒波波形

其傅里葉級數(shù)表達式為

　　ui=A/2-A[sin2πft+(sin4πft)/2+(sin6πft)/3+…(sin2kπft)/k〗/π(2)

　　其中，ui為疊加之后的電壓，A為鋸齒波電壓幅值，f為基波頻率50Hz，k為自然數(shù)。

　　從以上分析可看出，諧波的疊加作用是不可忽視的，這一點在三相四線供電制中表現(xiàn)得最明顯。由于諧波相互疊加，中線會因電流過大而發(fā)熱，如圖4所示。另外，配電線路中的中性母線和接線板過載過熱等現(xiàn)象也是由于諧波疊加造成的。

　　圖4三相四線供電制中的中線電流

　　2.2高次諧波的特性

　　高次諧波也和基波一樣，總是選擇低阻抗路徑通過，但與基波不同的是，高次諧波優(yōu)先選擇容性電路。因為電容具有通高頻阻低頻的特性。可用數(shù)學表達式 Xc=1/2πfC來分析，諧波電路中電抗Xc的大小與諧波頻率f、電容容量C的乘積成反比，因此諧波頻率越高，容抗Xc越小，諧波電流就越大，危害性就越大。這點在無功補償電路中表現(xiàn)得最明顯。如果不注重分析和測量諧波的含量，而一味地依靠無功補償來提高功率因數(shù)，高次諧波就會燒壞補償電容。另外高次諧波的危害性，在日常生活中常見的例子就是日光燈的壽命不長和起輝器的損壞。

　　當然諧波的危害，遠遠不止這兩種作用。象負序諧波含量過高會使電機產生反向旋轉磁場，使線圈發(fā)熱;高次諧波會產生電磁場，使配電盤產生機械諧振，發(fā)出噪聲;使控制電路誤動作等等各種危害。

　　3諧波的產生和抑制

　　除電源本身之外，諧波會由非線性負載所引起。在電路中非線性負載被激勵，產生各種各樣的諧波，并且相互作用，延伸到整個電路中。例如在含有打印機、電動機、整流器等電路中，諧波表現(xiàn)得異常活躍。即使它們各自存在于不同的電路中，仍會相互疊加，產生危害，這點可用諧波測試儀測試出。那么怎樣進行有效地抑制呢?根據(jù)不同危害可采取有針對性的措施。

　　(1)增裝保護元件，改變電路性質。例如，諧波危害電容器，使無功補償難以發(fā)揮更大作用，可以采用安裝電抗元件，或者其它無功補償電路，讓其失諧，難以通過，起到兵來將擋的作用。如圖5，在負載前加裝電抗器就能阻止諧波的進入。

　　圖5負載前加裝電抗器抑制諧波

　　目前常用的開關電源，大部分在交流輸入端加裝了低頻電抗器。對于日光燈，安裝低諧鎮(zhèn)流器，會使燈管壽命明顯延長。

　　(2)諧波疊加常常使配電系統(tǒng)電流過載嚴重，可以重新分配電路，平衡負載，減輕危害，還可增加變壓器的容量。

　　4諧波的利用

　　諧波的危害是由于我們對它沒有進行有效地防止和抑制，當然它有利的方面也是不可替代的。從分析可知，諧波電壓幅值都很小，僅為基波的幾分之一或幾十分之一，在發(fā)電機勵磁電路中正需要這種特性來勵磁。

　　例如，在輸出380V的三相四線制發(fā)電機組中，勵磁線圈所需電壓只要26伏左右就足夠了。這個電壓就是由3次諧波提供的。它是通過在發(fā)電機定子鐵心槽中埋設的輔助繞組而產生的，再經橋式整流送給勵磁電路。原理見圖6，LF為諧波繞組，U、V、W、N為三相輸出。

　　圖6三次諧波電壓經整流后給勵磁繞組供電