三次諧波產(chǎn)生原因

三次諧波簡介

一種正弦波分量，其頻率為復(fù)雜波的基頻的三倍

在物理學(xué)和電類學(xué)科中都有三次諧波的概念 任何一個(gè)波函數(shù)都可以進(jìn)行傅里葉分解：f（t）=∑（k=1，n）cos（kwt+ak），當(dāng)k=1時(shí)的分量f（t）=cos（wt+a）成為基波分量，以此類推 當(dāng)k=3時(shí)f（t）=cos（3wt+a3）稱為三次諧波。

三次諧波污染主要存在于低壓配電網(wǎng)中，以建筑系統(tǒng)最為嚴(yán)重。其對(duì)電網(wǎng)的危害主要有：功率損耗增加、設(shè)備壽命縮短、接地保護(hù)功能失常、遙控功能失常、電網(wǎng)過熱等；對(duì)配電站會(huì)造成電子器件誤動(dòng)作、電容器損壞、附加磁場(chǎng)、中性線過載和電纜著火。

在電力系統(tǒng)中，正常供電頻率是50HZ，所謂“三次諧波”，就是在50HZ的電路中，夾雜有150HZ的交流正弦波，這個(gè)150HZ的交流正弦波由于是50HZ的三倍，于是稱之為三次諧波。

輸電及配電系統(tǒng)規(guī)定：在頻率恒定情況下，電壓和電流均以正弦波波形運(yùn)行。然而在非線性負(fù)荷接入系統(tǒng)時(shí)，產(chǎn)生的附加的諧波電流會(huì)引起電流和電壓畸變。

三次諧波的產(chǎn)生原因

一般來說， 理想的交流電源應(yīng)是純正弦波形，但因現(xiàn)實(shí)世界中的輸出阻抗及非線性負(fù)載的原因，，導(dǎo)致電源波形失真。 若電壓頻率是50Hz，，將失真的電壓經(jīng)傅立葉轉(zhuǎn)換分析后，可將其電壓組成分解為除了基頻（50Hz）外，倍頻（100Hz， 150Hz，…。。）成份的組合。其倍頻的成份就稱為諧波。

照明工程中大規(guī)模使用高強(qiáng)度氣體放電燈、LED燈、熒光燈等，造成大量的諧波電流，因而只要電流波形不是正弦波，其中就包含了諧波電流的成分。

單相整流電路的電流是脈沖狀的。如果三條相線上的電流是脈沖狀的。由于脈沖很窄，因此當(dāng)?shù)谝幌嗌铣霈F(xiàn)電流時(shí)，第二相和第三相上的電流為0.因此零線上不會(huì)發(fā)生抵消，相線上出現(xiàn)的每個(gè)電流脈沖也會(huì)出現(xiàn)在零線上。這種現(xiàn)象解釋了當(dāng)負(fù)載為計(jì)算機(jī)時(shí)，即使負(fù)載平衡，中線上仍然有電流的現(xiàn)象。

中線上的電流脈沖數(shù)是相線上的電流脈沖數(shù)的3倍，根據(jù)電流有效值的計(jì)算方法，中線上的電流會(huì)達(dá)到相線的1.7倍。如果整流電路的電流的脈寬大于60°，就會(huì)在中線上發(fā)生重疊現(xiàn)象，這時(shí)中線上的一部分電流發(fā)生抵消，實(shí)際的零線電流會(huì)小于相線電流的1.7倍。

現(xiàn)在建筑物中幾乎所有的負(fù)載都是以整流電流為代表的非線性負(fù)載，因此，中線電流過大的問題十分普遍。

三次諧波的產(chǎn)生方式

產(chǎn)生三次諧波的非線性單相負(fù)荷主要有（不考慮暫態(tài)及非正常工作狀態(tài)）：

（1）熒光燈、節(jié)能燈及其鎮(zhèn)流器；

①市場(chǎng)調(diào)查表明，國內(nèi)市場(chǎng)絕大多數(shù)的熒光燈電子鎮(zhèn)流器三次諧波電流含量高達(dá)80%～90%；

②高檔的電子鎮(zhèn)流器三次諧波電流含量分三種標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)：其諧波電流含量《37%；標(biāo)準(zhǔn)：其諧波電流含量《30%；帶燈絲預(yù)熱控制的電子鎮(zhèn)流器其諧波電流含量《10%。市場(chǎng)上的商品實(shí)際上達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求；

③節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定《20%，其中三次諧波電流含量占主要成分。

（2）電弧焊接設(shè)備（電弧的非線性類負(fù)荷）；

（3）計(jì)算機(jī)開關(guān)型電源及顯示器（大型顯示屏幕）；

（4）彩色電視機(jī)及監(jiān)視器，如證券公司、體育場(chǎng)館、商業(yè)中心和新聞中心的電視墻的顯示幕墻。普通型彩色電視機(jī)可達(dá)127%，三次諧波電流含量高達(dá)90%；

（5）晶閘管調(diào)壓電源（如加熱器、調(diào)光器、電化學(xué)電源等）；

（6）晶閘管調(diào)功電源（如加熱器、電化學(xué)電源等）；

（7）整流電源（如電器的工作電源、充電器、直流傳動(dòng)及電化學(xué)電源等）；

（8）開關(guān)型穩(wěn)壓電源及；

（9）變頻器

①變頻的家用電器，如空調(diào)、洗衣機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵、微波爐；

②工業(yè)及建筑用的調(diào)速電動(dòng)機(jī)；

③中頻電源。

三次諧波的影響

各次諧波在電路中的作用是不相同的，諧波的疊加與相序有關(guān)。同一電路中的某些諧波相互作用時(shí)，會(huì)相互減弱或相互抵消。但在更多的場(chǎng)合往往相互疊加，使波形發(fā)生明顯的畸變。

（10）諧波勵(lì)磁

在同步發(fā)電機(jī)的定子槽中嵌入一獨(dú)立的繞組，利用氣隙磁場(chǎng)中的三次諧波分量感應(yīng)出三次諧波電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)可控整流后供給轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的一種勵(lì)磁方式。