谐波的产生（谐波的含义产生的原因及危害）

　　谐波的产生（谐波的含义、产生的原因及危害）
　　谐波的含义、产生的原因及危害
　　一、谐波的含义
　　频率为基波频率的整数倍的正弦波分量称为谐波。由于谐波的频率是基波频率的整数倍，也常称它为高次谐波。
　　二、谐波产生的原因
　　谐波产生的根本原因是由于电力系统中某些设备和负荷的非线性特性，即所加的电压与产生的电流不成线性（正比）关系而造成的波形畸变。当电力系统向非线性设备及负荷供电时，这些设备或负荷在传递（如变压器）、变换（如交直流转换器）、吸收（如电弧炉）系统发电机所供给的基波能量的同时，又把部分基波能量转换为谐波能量，向系统倒送大量的谐波，使电力系统的正弦波形畸变，电能质量降低。
　　三、谐波的危害
　　1、变压器
　　对变压器而言，谐波电流可导致铜损和杂散损增加，谐波电压则会增加铁损。与纯正基本波运行的正弦电流和电压相较，谐波对变压器的整体影响是温升较高。须注意的是，这些由谐波所引起的额外损失将与电流和频率的平方成比例上升，进而导致变压器的基波负载容量下降。而当你为非线性负载选择正确的变压器额定容量时，应考虑足够的降载因数，以确保变压器温升在允许的范围内。还应注意的是用户由于谐波所造成的额外损失将按所消耗的能量（千瓦小时）反应在电费上，而且谐波也会导致变压器噪声增加。
　　2、电力电缆
　　在导体中非正弦波电流产生的热量与俱有相同均方根值的纯正弦波电流相较，则非正弦波有较高的热量。该额外温升是由众所周知的集肤效应和邻近效应所引起的，而这两种现象取决于频率及导体的尺寸和间隔。这两种效应如同增加导体交流电阻，进而导致I2RAC损耗增加。
　　3、电动机与发电机
　　谐波电流和电压对感应及同步电动机所造成的主要效应为在谐波频率下铁损和铜损的增加所引起之额外温升。这些额外损失将导致电动机效率降低，并影响转矩。当设备负荷对电动机转矩的变动较敏感时，其扭动转矩的输出将影响所生产产品的质量。例如：造纸业、人造纤维纺织业、塑料薄膜行业和一些金属加工业。
　　对于旋转电机设备，与正弦磁化相比，谐波会增加噪音量。像五次和七次这种谐波源，在发电机或电动机负载系统上，可产生六次谐波频率的机械振荡。机械振荡是由振动的扭矩引起的，而扭矩的振荡则是由谐波电流和基波频率磁场所造成，如果机械谐振频率与电气励磁频率重合，会发生共振进而产生很高的机械应力，导致机械损坏的危险。
　　4、电子设备
　　电力电子设备对供电电压的谐波畸变很敏感，这种设备常常须靠电压波形的过零点或其它电压波形取得同步运行。电压谐波畸变可导致电压过零点漂移或改变一个相间电压高于另一个相间电压的位置点。这两点对于不同类型的电力电子电路控制是至关重要的。控制系统对这两点（电压过零点与电压位置点）的判断错误可导致控制系统失控。而电力与通讯线路之间的感性或容性耦合亦可能造成对通讯设备的干扰。计算器和一些其它电子设备，如可编过程控制器（PLC），通常要求总谐波电压畸变率（THD）小于5，且个别谐波电压畸变率低于3，较高的畸变量可导致控制设备误动作，进而造成生产或运行中断，导致较大的经济损失。
　　5、开关和继电保护
　　谐波电流也会引起开关之额外损失，并提高温升使承载基波电流能力降低。温升的提高对某些绝缘组件而言会降低其使用寿命。低压断路器之固态跳脱装置，系根据电流峰值来动作，而此种型式之跳脱装置会因馈线供电给非线性负载而导致不正常跳闸。
　　6、功率因数补偿电容器
　　电容器与其它设备相较有很大区别，因其容性特点在系统共振情况下可显着的改变系统阻抗。电容器组之容抗随频率升高而降低，因此，电容器组起到放大谐波电流的作用，从而提高温升并增加绝缘材料的介质应力。频繁地切换非线性电磁组件会产生谐波电流如变压器，这些谐波电流将增加电容器的负担。应当注意的是熔丝通常不是用来当作电容器之过载保护。由谐波引起的发热和电压增加意味着电容器使用寿命的缩短。
　　系统谐振将导致谐波电压和电流会明显地高于在无谐振情况下出现的谐波电压和电流，因此在电力系统中使用电容器组时，必需考量因素是系统产生谐振的可能性。