諧波的抑制與利用

摘要：針對(duì)諧波的危害性，利用數(shù)學(xué)理論對(duì)諧波的疊加作用和高次諧波的特性進(jìn)行定性分析，并

在此基礎(chǔ)上給出抑制諧波危害的辦法。同時(shí)，也具體地分析對(duì)諧波的利用方法。

關(guān)鍵詞：諧波疊加作用高次諧波

　　隨著現(xiàn)代電氣化程度的不斷提高，人們對(duì)配電質(zhì)量的要求越來(lái)越高。目前，雖然各類穩(wěn)壓設(shè)備正逐步更新?lián)Q代，但是仍然沒(méi)有阻攔住諧波的恣意破壞；相反，隨之而來(lái)的諧波危害卻越來(lái)越不可忽視。因此，很有必要對(duì)諧波的產(chǎn)生和危害性進(jìn)行定性分析，以便加深認(rèn)識(shí)，揚(yáng)棄并舉，在抑制諧波危害的同時(shí)，充分發(fā)揮其有利方面。

1諧波的危害

　　諧波的危害要從我國(guó)的配電體制談起。我國(guó)一直采用50Hz交流供電制式，在穩(wěn)壓保護(hù)的過(guò)程中，很少考慮到諧波的危害。這樣一來(lái)為諧波的產(chǎn)生和延續(xù)提供了條件，使得諧波相互作用，一方面損壞電器，另一方面消耗大量電能。表1為50Hz交流供電體制下的正序、負(fù)序和零序諧波的分類。

　　表1諧波分類

　　正是由于各種諧波的存在，使50Hz的正弦交流電發(fā)生波形畸變，影響了正常的工作。在三相四線供電變壓器中，3次整數(shù)倍的諧波代數(shù)疊加，感應(yīng)到變壓器一次側(cè)，造成線圈過(guò)熱，同時(shí)使中線電流過(guò)大，發(fā)熱，甚至燒壞。在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，諧波使交流電壓波形嚴(yán)重失真，燒壞電機(jī)。在無(wú)功補(bǔ)償電路中，諧波會(huì)形成諧振，燒壞電容柜。在日常生活中，日光燈燈管被燒壞，起輝器無(wú)法啟動(dòng)等情況都是由諧波造成的。

　　除了對(duì)電路造成危害之外，諧波的存在，也使配電功率因數(shù)的提高受到制約。利用電容補(bǔ)償電路提高功率因數(shù)時(shí)，不可避免地帶來(lái)諧波的負(fù)面影響。如果諧波次數(shù)較高，無(wú)功補(bǔ)償電容很可能被擊穿。

2諧波的定性分析

　　各次諧波在電路中的作用是不相同的，現(xiàn)對(duì)諧波常見(jiàn)的兩種作用效果進(jìn)行定性分析，找出原因，加以抑制。

2.1諧波的疊加特性

　　諧波的疊加與相序有關(guān)。在同一電路中，有些諧波相互作用時(shí)，相互減弱或相互抵消，但是，更多的場(chǎng)合往往相互疊加，使波形發(fā)生明顯的畸變。例如，僅有3次諧波出現(xiàn)時(shí)，波形如圖1所示；當(dāng)3次、5次諧波同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，就會(huì)使正弦波明顯地發(fā)生了變化，如圖2所示。

圖1u1、u3及其疊加波形

圖2u1、u3、u5及其疊加波形

　　如果繼續(xù)疊加，正弦波就會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化。方波可用傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)如下式。

ui=4Um[sin2πft＋(sin6πft)/3＋(sin10πft)/5

＋…＋(sin2kπft)/k〗/π（1）

　　其中，ui為疊加之后的電壓，Um為基波振幅，f為基波的頻率50Hz，k=1、3、5……為奇數(shù)。

　　當(dāng)然，其它種類的諧波疊加的情況也很多，如鋸齒波就含有一系列的偶次諧波（見(jiàn)圖3）

圖3鋸齒波波形

　　其傅里葉級(jí)數(shù)表達(dá)式為

ui=A/2－A[sin2πft＋(sin4πft)/2＋(sin6πft)/3＋…(sin2kπft)/k〗/π（2）

　　其中，ui為疊加之后的電壓，A為鋸齒波電壓幅值，f為基波頻率50Hz，k為自然數(shù)。

　　從以上分析可看出，諧波的疊加作用是不可忽視的，這一點(diǎn)在三相四線供電制中表現(xiàn)得最明顯。由于諧波相互疊加，中線會(huì)因電流過(guò)大而發(fā)熱，如圖4所示。另外，配電線路中的中性母線和接線板過(guò)載過(guò)熱等現(xiàn)象也是由于諧波疊加造成的。

圖4三相四線供電制中的中線電流