關(guān)于諧波抑制以及諧波和無(wú)功功率的產(chǎn)生解析

人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步離不開(kāi)社會(huì)上各行各業(yè)的努力，各種各樣的電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代離不開(kāi)我們的設(shè)計(jì)者的努力，其實(shí)很多人并不會(huì)去了解電子產(chǎn)品的組成，比如諧波。

1.何為諧波?

電力系統(tǒng)諧波的根本原因是非線性負(fù)載。當(dāng)電流流過(guò)負(fù)載時(shí)，與外加電壓不呈線性關(guān)系，形成非正弦電流，即在電路中產(chǎn)生諧波。諧波頻率是基頻的整數(shù)倍。根據(jù)法國(guó)數(shù)學(xué)家 M. Fourier 的分析原理，任何重復(fù)的波形都可以分解為包含基頻和一系列基頻倍數(shù)的諧波的正弦波重量。諧波是正弦波，每個(gè)諧波都有不同的頻率、幅度和相位角。諧波可分為偶次和奇次。 3、5、7次為奇次諧波，2、4、6、8等次為偶次諧波。例如基波為50Hz時(shí)，2次諧波為100Hz，三次諧波為150Hz。

一般來(lái)說(shuō)，奇次諧波比偶次諧波危害更大。在平衡的三相系統(tǒng)中，由于對(duì)稱(chēng)關(guān)系，偶次諧波被消除，只存在奇次諧波。對(duì)于三相整流負(fù)載，出現(xiàn)的諧波電流為6n±1次諧波。

2. 諧波抑制

為了解決電力電子設(shè)備等諧波源的諧波污染問(wèn)題，有兩種基本思路：一是安裝諧波補(bǔ)償裝置，對(duì)諧波進(jìn)行補(bǔ)償，適用于各種諧波源;另一種是對(duì)電力電子設(shè)備本身進(jìn)行改造，使其不產(chǎn)生諧波，功率因數(shù)可以控制為1。這當(dāng)然只適用于作為諧波主要來(lái)源的電力電子設(shè)備。

安裝諧波補(bǔ)償裝置的傳統(tǒng)方法是使用 LC 調(diào)諧濾波器。這種方法既可以補(bǔ)償諧波，又可以補(bǔ)償無(wú)功，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，得到了廣泛的應(yīng)用。這種方法的主要缺點(diǎn)是補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)的影響，容易與系統(tǒng)產(chǎn)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大，造成LC濾波器過(guò)載甚至燒毀.此外，它只能補(bǔ)償固定頻率的諧波，補(bǔ)償效果并不理想。

3. 無(wú)功補(bǔ)償

人們了解有功功率很容易，但要深入了解無(wú)功功率卻并不容易。在正弦電路中，無(wú)功功率的概念是明確的，當(dāng)存在諧波時(shí)，還沒(méi)有公認(rèn)的無(wú)功功率定義。但是，無(wú)功功率概念的重要性和對(duì)無(wú)功功率補(bǔ)償重要性的理解是一致的。無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)包括基波無(wú)功補(bǔ)償和諧波無(wú)功補(bǔ)償。

無(wú)功功率對(duì)供電系統(tǒng)和負(fù)載的運(yùn)行非常重要。電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)元件的阻抗主要是電感性的。因此，粗略地說(shuō)，為了傳輸有功功率，需要發(fā)射端和接收端的電壓存在相位差，可以在很寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn);并且為了傳輸無(wú)功功率，要求兩端的電壓有一個(gè)幅值。可惜，這只能在很窄的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)。不僅大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)組件消耗無(wú)功功率，大多數(shù)負(fù)載也需要消耗無(wú)功功率。網(wǎng)絡(luò)組件和負(fù)載所需的無(wú)功功率必須從網(wǎng)絡(luò)中的某處獲得。顯然，這些無(wú)功功率由發(fā)電機(jī)提供并遠(yuǎn)距離傳輸是不合理的，通常也是不可能的。一個(gè)合理的方法應(yīng)該是在需要消耗無(wú)功功率的地方產(chǎn)生無(wú)功功率。這就是無(wú)功功率補(bǔ)償。

諧波和無(wú)功功率的產(chǎn)生

在工業(yè)和家庭用電負(fù)載中，阻性感性負(fù)載占很大比例。異步電機(jī)、變壓器、熒光燈等都是典型的阻性負(fù)載。異步電動(dòng)機(jī)和變壓器消耗的無(wú)功功率在電力系統(tǒng)提供的無(wú)功功率中占很大比例。電力系統(tǒng)中的電抗器和架空線也會(huì)消耗一些無(wú)功功率。阻性負(fù)載必須吸收無(wú)功功率才能正常工作，這取決于其自身的性質(zhì)。

電力電子器件等非線性器件也會(huì)消耗無(wú)功功率，尤其是各種相位控制器件。如相控整流器、相控交流功率調(diào)節(jié)電路、周期變換器等，運(yùn)行時(shí)基波電流滯后于電網(wǎng)電壓，消耗大量無(wú)功功率。此外，這些設(shè)備還會(huì)產(chǎn)生大量的諧波電流，諧波源會(huì)消耗無(wú)功功率。二極管整流電路的基波電流的相位與電網(wǎng)電壓的相位大致相同，因此基本不消耗基波無(wú)功功率。但同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量的諧波電流，所以也會(huì)消耗一定的無(wú)功功率。

本文只能帶領(lǐng)大家對(duì)諧波有了初步的了解，對(duì)大家入門(mén)會(huì)有一定的幫助，同時(shí)需要不斷總結(jié)，這樣才能提高專(zhuān)業(yè)技能，也歡迎大家來(lái)討論文章的一些知識(shí)點(diǎn)。