諧波產生的原因及危害方式

一． 諧波的產生

當電網中的電壓或電流波形呈非理想的正弦波時，其中會出現含有高于50HZ的電壓或電流成分，我們將高于50HZ頻率的電壓或電流成分稱之為諧波。

諧波來源很多，主要為非線性用電設備。非線性用電設備為電網的主要諧波來源，其中以下幾種最嚴重：

1． 電弧加熱設備；如電弧爐，電焊機等。

2． 交流整流的直流用電設備；如電力機車，電解，電鍍，直流電機等。

3． 交流整流再逆變的用電設備；如變頻器。

4． 開關電源設備；如中頻爐，彩電，電腦等

5． 目前民用的照明設備、通訊設備、日常用電設備等都為非線性設備。

下面介紹主要幾種非線性用電設備的諧波產生原理。

Ⅰ.電弧爐

電弧爐作為加熱設備，它在70V以上才會起弧,起弧之后才有弧電流；同樣，電弧爐滅弧時電壓也有幾十伏，只是略低于起弧電壓,這樣就造成了弧電壓與弧電流的不同步,出現非線性特性;并且弧電流波形不對稱,是非正弦波,因此產生的諧波非常大,多為18次以下低次數諧波,對電網污染嚴重.

Ⅱ.直流用電設備:如直流電機調速系統.

交流整流成直流,由于整流設備整流時有一個閥電壓,小于閥電壓,電流為零,說明電壓與電流并不同步。為了能提供平穩的直流電源,在整流設備中又加入了儲能元件(電容和電感)，這些儲能元件工作時又把閥電壓提高了一段,電壓和電流形成非常明顯的非線性特征;為了方便控制直流設備的電壓和電流,一般采用可控硅通過控制其導通角調節供給電壓實現調速,由于交流通過整流后得到的直流存在脈動,脈動就會產生高次諧波,高次諧波又會導致系統電壓和電流波形畸變;一系列的變化，各種原因重疊一起,就產生嚴重的諧波污染,主要為5,7,11,13次低次諧波,破壞性很大.

Ⅲ.整流逆變設備:如中頻爐,變頻器.

這類設備在交流變直流過程中產生的諧波與上述整流設備一樣,更為突出的是它從直流逆變成交流時又有逆變波形反射到交流,這樣產生的諧波不僅有低次諧波、高次諧波,更有分數諧波,可以說諧波成分比較復雜.

二.諧波危害

1.諧波頻率較高導致導線的趨膚效應加重,因此銅損急劇增加.變壓器也因為鐵芯不 能適應急劇變化的磁通，導致鐵損迅速增加.造成變壓器發熱而燒毀（電流表顯示不出諧波電流），而且浪費電能.諧波還會造成功率因數太低,無功量過大,企業力率居高不下.

2.由于諧波無孔不入,它不會象無功電流那樣會一直傳送至發電機,而是全被電網中的設備消耗掉,越近的系統,消耗的越多,造成本用電系統中的設備的損耗普遍性增加,溫升提高.

3.電機類負荷,由于諧波的逆序作用導致輸出扭矩下降，電機過熱，浪費電能而不知.

4.在含有電力電容器的場合,電容器對諧波呈低阻抗會出現嚴重過電流,造成電容器發生失容損壞和爆裂.

5.精密電子設備,包括電子電能表,會被嚴重干擾,精度下降甚至燒毀.

6.繼電保護機構會由于諧波作用產生誤動作或拒動．

三.解決方案

例如：

重慶某電子廠，配電房補償裝置長期出現燒毀、跳閘等現象，直接導致其考核功率因數不達標，系統存在5、7次諧波，導致力調費罰款，用戶多次維護效果仍不佳，感到十分頭疼。經供電局及成套廠輾轉推薦，用戶找到我司，我司攜帶電能質量分析儀對其系統全工段負荷進行了整體測試，并測試記錄原補償裝置的損壞狀態。系統性分析發現現場存在波動性無功欠補償、諧波放大、電容超限運行等諸多問題。經過可行性實驗，仿真校核，我司定制“動靜結合濾波補償方案”，改造實際運行效果喜人，功率因數達到0.92以上，供電可靠性提升的同時系統諧波含量降低，原生產線設備故障率大幅降低，有效避免了力調電費。

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