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工业应用中电源谐波问题讨论 谐波的定义 任何重复周期性波形都可分解成一系列不同频率和相位的正弦波，我们将频率与工频相同的分量称作为基波，其频率称作为基频。其它次数的正弦波分量称作为谐波，它们的频率具有与基频成整数倍关系。周期性波形的谐波分量的计算所涉及的数学公式称作傅立叶级数分析。 在三相平衡系统中，周期性波形以横坐标上下均匀分布，谐波频率是基频的奇数倍。对于矩形波或准矩形波的波形来说，各次谐波的幅值大小与其谐波次数成反比，即频率越高，幅值越低。 例如，针对矩形波，用傅立叶级数分析表明，除了50Hz基波外，还具有其他高次谐波分量，其组成如下： 表 1 ：矩形波的谐波含量 谐波次数 频率 幅值 基波 50HZ 100% 3次谐波 150HZ 33% 5次 谐波 250HZ 20% 7次谐波 350HZ 14% 9次谐波 450HZ 11% N次谐波(n为奇数 ) 50n HZ 100/n% 图1 表明矩形波是由基波和一系列谐波组成。在大多数工业化国家，其国家电力系统都是三相交流电，电压波形是标准正弦波， 即不含有与其相关的谐波。但是，在某些负载状况下，会引起电压波形畸变，从而产生谐波，对连接的某些负载产生不利的影响。 谐波引起的原因 当用电负荷接到三相交流电源时，将产生电流。对于某些类型的负载，产生的电流也是正弦波。我们将这类负载称为线性负载。产生的电流与电源电压相位相同（阻性负载），超前（容性负载）或滞后（感性负载）。 也有些其他类型的负载产生的电流不是正弦波形，即输入电流波形带有许多谐波成份，我们将这类负载简称为非线性负载。通常我们所碰到的非线性负载如整流器，它通过二极管或可控硅(SCRs)整流桥将输入的交流电转换成直流电源。人们在许多电源转换装置中均采用整流桥，如交直流传动装置、电池充电器、电化学整流器和UPS系统等输入电路。 在电源转换装置中，最常用的输入电路是带感性滤波器的六脉动不可控整流器。这种整流器的典型电路图如图2所示: 整流器输出侧的电抗器或轭流线圈的作用是使进线电流（ia, ib, ic）的波形成准矩形波， 如图 3 所示。可以想象这种波形的形成是由于电抗器具有很高的电感值。随着电感值的减少或在负荷降低的情况下，电流波形会变得越来越尖，如图 3 虚线所示。准方波相关谐波分量如表2所示，对于电感值较小或负荷较轻的负载，各种谐波分量比表2所示的要高。 有些整流电路在三相交流输入侧安装电抗器，这类电抗称为进线电抗器，输入电流波形与图 3 所示的波形相似，但谐波大小略有不同。 图 3 所示线路电流的谐波分量大小见表2。 这些数据是假定在使用一定大小直流电抗器的情况下预期得到的典型值。注意：3的奇数倍次数的谐波（即谐波次数为3的奇数倍）的幅值为零。 表2 ：次矩形波电流波形的谐波含量（前 15 个谐波） 谐波号 频率 相关振幅 基波 50HZ 100% 3rd,9th,15th 谐波 0% 5th谐波 250HZ 32% 7th谐波 350HZ 14% 11th谐波 550HZ 7% 13th谐波 650HZ 4% 总谐波畸变率(THD)的定义为周期性交流量中谐波含量的方均根值与基波分量的方均根之比（用百分数表示）， 例如，对上面提到的准矩形波的总电流谐波畸变率，计算如下： THD = √∑(In/I1)2 这里： n = 谐波次数 (n1) , I1= 基波部分的有效幅值 THD = √0.32 2+ 0.142 + 0.072 + 0.04 2+…… 畸变波形的总有效值可由所有组成部分（包括基波和所有谐波）的RMS幅值方均根值计算得到。 RMS值 = I1 * √ (1+∑(In/I1)2) (n≥1) 上例中， IRMS=I1*1.062 失真因子定义为基波部分的RMS值除以RMS总值 即 失真因数= I1/IRMS 上例中， 失真因子 = 1/1.062 = 0.941 某些类型的电源转换装置在输出侧合成交流电压，这类变换器包括交流变频调速装置以及UPS系统中固定频率逆变器。此类交流输出电压带有谐波分量，此谐波分量与该变换器输入侧谐波电流无关，但受所用波形生成技术所控制。输出电压的谐波畸变会影响到所连接的负载，从而导致其电流波形产生畸变。在这种情况下，如交流变频调速装置将使电动机产生额外温升。 输入侧谐波电流的影响 首先，输入谐波电流会引起该电流有效分量（RMS）的增加。对于三相四线制中性线接地