产生谐波的六大电气设备

建筑配电系统谐波的产生与治理随着社会现代化的快速发展，越來越多的非线性用电设备被大量的在医院内使用。

非线性元器件造成波形畸变给低压供电网带来了大量的谐波污染。

国家已经制定节能中长期专项规划，提出电力需求侧管理、节能降耗、增加能源效率等重要措施。

因此对民用建筑物的配电系统谐波治理，势在必行。

标签：民用建筑；配电系统；谐波产生；治理一、建筑配电系统典型的谐波源1.1变频设备为了节约能源，大部分建筑均采用变频风机、变频调速电梯等变频设备。

变频器属于换流设备，是非常重要的谐波源，其总谐波电流畸变率达33%以上，变频设备一般为6脉波整流设备，所以会产生大量5、7次的谐波电流及少量的其他次数的谐波电流。

1.2非线性照明用电目前，民用建筑中的照明设备几乎都是谐波源，目前大量使用的而且使用的带电子整流器荧光灯具和LED灯，此类灯具均会引起严重的谐波电流，其中3次谐波为最高，当多个荧光灯接成三相四线负载时，中线上就会流过很大的3次谐波电流。

1.3计算机随着高新技术的逐渐普及，计算机的使用已经非常普遍，特别是大型的办公建筑中。

计算机的使用在企业中是必不可少的，其造成的谐波电流畸变率也很高。

同时，计算机的辅助工作设备也逐渐地出现与使用，都对电流的谐波造成严重的影响。

1.4电子医疗精密设备大型医院内的大型电子医疗设备一般为开关电源供电，开关电源设备会产生3、5、7、9次等谐波注入电网。

其他谐波源还有：各类显示设备、通讯设备、电冰箱等。

二、谐波的危害2.1 对电缆的影响由于趋肤效应，当频率较高的谐波电流流过导体时，导体的有效截面积小于导体的实际截面积，而截面积小，意味着有更大的电阻，也就意味着会产生更大的热量。

当频率较高的谐波电流流过导体时，导体呈现的电阻比基波电流要大，因此同样幅度的谐波电流比基波电流产生更大的热量，导体过热会导致电缆早期老化、甚至诱发火灾。

2.2对变压器的影响谐波电流流过变压器时，会导致变压器发出额外的热量，使变压器在没有达到额定功率时便出现温度过高的现象，导致变压器的实际容量降低。

电力系统谐波源的种类及其特性电力系统中的谐波源是指在电网中引起电压或电流谐波的设备或负载。

谐波源的种类较多，主要包括非线性负载、谐波发生器和电弧设备等。

下面将分别介绍谐波源的种类及其特性。

1.非线性负载：非线性负载是电力系统中最主要的谐波源之一、这些负载包括电子设备、电力电子装置、变频器、整流器、照明装置等，其特点是由于非线性元件导致负载电流不是正弦波形，因而引起谐波。

非线性负载的特性包括：-非线性负载会引起电流谐波，并导致电网中电压谐波；-谐波电流的含有量与非线性负载的电流特性有关，比如电流大小、频率、波形等；-谐波源的阻抗会影响电网谐波的传播特性。

2.谐波发生器：谐波发生器是一种能够产生特定谐波频率的装置。

谐波发生器通常用于实验室研究或特定的工业应用中，其特点包括：-可以产生特定频率、幅值和相位的谐波；-通常采用精确的电子元器件来实现特定的谐波频率；-对于实验室研究，谐波发生器可以用于模拟电力系统中各种谐波的情况，以便研究各种谐波对电网的影响。

3.电弧设备：电弧设备是一类常见的谐波源，包括电弧炉、电焊机、电弧炉变压器等。

电弧设备的特点包括：-电弧设备运行时，产生高强度电弧，导致电流非线性特性导致谐波产生；-电弧设备的启动和停止会引起谐波的瞬变；-电弧设备通常具有较低的功率因数，并且由于非线性特性，会引起电网电压谐波。

除了上述谐波源外，还有其他一些不常见的谐波源，如直流传输线的换流设备、电力电子装置的不稳定性等也可能引起谐波。

不同的谐波源具有不同的特性和作用，对电力系统的谐波传播和影响也有一定的区别。

总之，电力系统中的谐波源种类繁多，包括非线性负载、谐波发生器和电弧设备等。

了解不同谐波源的特性，对于分析和解决电网中的谐波问题具有重要的意义。

定义：谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。

浪涌：超出正常工作电压的瞬间过电压，主要指的是电源(只是主要指电源)刚开通的那一瞬息产生的强力脉冲,由于电路本身的非线性有可能有高于电源本身的脉冲;或者由于电源或电路中其它部分受到本身或外来尖脉冲干扰叫做浪涌.它很可能使电路在浪涌的一瞬间烧坏,如PN结电容击穿,电阻烧断等等.产生：谐波的产生；第一类是由于非线性负荷而产生谐波，例如可控硅整流器、开关电源等，这一类负荷产生的谐波频率均为工频频率的整数倍。

例如三相六脉波整流器所产生的主要是5次和7次谐波，而三相12脉波整流器所产生的主要是11次和13次谐波。

第二类是由于逆变负荷而产生谐波，例如中频炉、变频器，这一类负荷不仅产生整数次谐波，还产生频率为逆变频率2倍的分数谐波。

浪涌是重型设备、短路、电源切换或大型发动机。

而含有浪涌阻绝装置的产品可以有效地吸收突发的巨大能量，以保护连接设备免于受损。

危害：谐波造成的危害大致列举如下①. 由于谐波的频率较高，使导线的集肤效应加重，因此铜损急剧增加。

同时变压器铁心由于不能适应急剧变化的磁通而导致铁损急剧增加。

②. 谐波会影响表计的计量精度。

从原理上进行分析：谐波源将其吸收的一部分电网电能转变为谐波发送到电网中去，因此电能表会将谐波能量当作发电来进行计算，从而导致计量误差。

对于机械式电能表还会由于高频率谐波所产生的高频涡流阻力而变慢。

因为在高次谐波严重的情况下（例如中频炉）会严重影响电能表的计量精度，导致莫名其妙的丢电现象。

③. 精密电子设备（包括电子式电能表）会被严重干扰，导致不能正常工作，甚至烧毁。

④. 所有接于电网中的设备的损耗都会增加，温升增加。

含有电容器的设备受影响最为严重，甚至可能导致设备损坏以及电容器爆炸等事故.⑤. 电机类负荷由于谐波的逆序作用而导致输出扭矩下降。

谐波的产生主要是来自下列具有非线性特性的电气设备：(1)具有铁磁饱和特性的铁芯没备，如：变压器、电抗器等；(2)以具有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备，如：气体放电灯、交流弧焊机、炼钢电弧炉等；(3)以电力电子元件为基础的开关电源设备，如：各种电力变流设备(整流器、逆变器、变频器)、相控调速和调压装置，大容量的电力晶闸管可控开关设备等，它们大量的用于化工、电气铁道，冶金，矿山等工矿企业以及各式各样的家用电器中。

以上这些非线性电气设备(或称之为非线性负荷)的显著的特点是它们从电网取用非正弦电流，也就是说，即使电源给这些负荷供给的是正弦波形的电压，但由于它们只有其电流不随着电压同步变化的非线性的电压-电流特性，使得流过电网的电流是非正弦波形的，这种电流波形是由基波和与基波频率成整数倍的谐波组成，即产生了谐波，使电网电压严重失真在电力系统中对谐波的抑制就是如何减少或消除注入系统的谐波电流,以便把谐波电压控制在限定值之内,抑制谐波电流主要有四方面的措施: 1)降低谐波源的谐波含量。

也就是在谐波源上采取措施,最大限度地避免谐波的产生。

这种方法比较积极,能够提高电网质量,可大大节省因消除谐波影响而支出的费用。

2)采取脉宽调制(PWM)法。

采用脉宽调制(PWM)技术,在所需要的频率周期内,将直流电压调制成等幅不等宽的系列交流电压脉冲,这种方法可以大大抑制谐波的产生。

3)在谐波源处吸收谐波电流。

这类方法是对已有的谐波进行有效抑制的方法,这是目前电力系统使用最广泛的抑制谐波方法。

4)改善供电系统及环境。

对于供电系统来说,谐波的产生不可避免,但通过加大供电系统短路容量、提高供电系统的电压等级、加大供电设备的容量、尽可能保持三相负载平衡等措施都可以提高电网抗谐波的能力。

选择合理的供电电压并尽可能保持三相电压平衡,可以有效地减小谐波对电网的影响。

谐波源由较大容量的供电点或高一级电压的电网供电,承受谐波的能力将会增大。

电网系统中谐波的产生及其治理摘要：随着电力电子技术的广泛应用与发展，用户向公用电网注入谐波电流的电气设备或在公用电网中产生谐波电压的电气设备，统称谐波源。

常见谐波源主要有电弧炉；换流设备；变压器；开关电源设备；低压小容量家用电器以及电力拖动设备等各种非线性用电设备，接入电网后均向电网大量注入谐波电流，这些都是谐波源。

影响电网电压波形质量的主要矛盾是非线性用电设备，也就是说非线性用电设备是主要的谐波源，从而引起电网的谐波“污染”。

关键词：谐波的产生谐波的危害抑制谐波的方法电网中的谐波对与之并联的其他用电设备造成不良影响。

例如引起电动机转矩降低，增加震动噪声，增加消耗；使继电保护装置产生误动作；使电网功率因数补偿电容过流发热；造成计算机及精密电子仪器运行不正常，诸如此类的不良影响被人们称为电力公害，如不认真对待并采取相应措施，将影响电力电子技术的进一步的发展。

1谐波的产生1.1电弧加热设备如电弧炉、电焊机等。

电弧加热设备是由于电弧在70伏以上才会起弧，才会有弧电流，并且灭弧电压略低于起弧电压，造成弧电流与弧电压的非线性。

此外，弧电流的波形还有一定的非对称性。

正是由于弧电流是非正弦波，电弧炉的冶炼过程分为两个阶段，及熔化期和精炼期。

在溶化期，炉内大部分填料未能全部熔化，电弧阻抗不稳定。

有时因电极插入熔化金属中而在电极间形成金属性短路，电极端部反复短路，电流发生不规则的变化由此产生谐波电流。

虽然谐波的成分非常复杂，但是由于三相负载不对称所以3次谐波为主且含量很大，但由于其工作的间断性产生的谐波多为间谐波，特点是持续时间短，频谱杂乱。

造成电弧加热设备对电网的谐波污染比较大，而且多为18次以下的低次谐波污染。

在精炼期内，电弧炉的电流稳定，且不超过额定值，谐波含量不大，以3次谐波及5次谐波为主。

其实电焊机的广泛应用，电焊机应用的同时率就更小了，对整个电网的影响比较小，但局部低压电网的电压和电流变化很大，有较大的谐波1.2交流整流的直流用电设备如电解、电力机车、充电装置、电镀等。

电力系统谐波源的种类及其特性一、谐波源的种类电力系统中产生谐波的装置即谐波源，是具有非线性特性的用电设备【2】。

随着大容量电力电子装置和各种非线性负载在系统中的广泛应用，其产生的谐波污染也越来越多的受到了人们的认识与关注。

为了抑制系统的谐波，我们必须要了解各谐波源的特性。

1.现有的系统谐波源就其非线性特性可大致分为三种：（1）含有铁芯设备的各磁饱和装置，如变压器、电抗器等。

这类谐波源在电力电子装置大量应用前是主要谐波源。

（2）电弧焊、电弧炉这种强冲击的、非线性的负载。

这类谐波源不仅可以产生奇次谐波，还可以产生偶次谐波，频率范围也较大。

（3）各种电力电子换流装置。

这类具有相当容量的非线性负荷是目前电力系统中最主要的谐波源。

2.谐波注入系统的方式不同谐波源分为：（1）电流型谐波源。

系统谐波源具有电流源的特性，其谐波含量取决于本身的特性与系统参数无关，直流侧电感滤波的整流器属于电流型谐波源，如图1（a）。

（2）电压型谐波源系统谐波源具有电压源的特性，如发电机、直流侧电容滤波的整流器属于电压型谐波源，如图1（b）。

二、铁磁饱和装置发电机、电动机和变压器这种带有铁芯的设备工作在磁化饱和曲线拐点的下方时，处于线性状态；当其运行在拐点上方时，其铁芯处于非线性状态，即使加以纯正的正弦电压，电流也会发生畸变。

由于发电机和电动机都是旋转电机，产生谐波的主要原因是结构问题，且产生的谐波含量有限，并在设计和制造时会得到很好的补偿。

国际电工委员会规定发电机实际端电压的波形与基波的偏差在任何时刻都不得高于5%。

电动机产生的谐波量一般在0.6%一下。

因此发电机和电动机不是系统主要的谐波源。

发电机产生的谐波电势只与其本身结构和运行状态有关，基本与系统参数无关，因此可以将其视作恒压谐波源。

在电力系统中，变压器的总容量一般为发电机总容量的4倍以上，它是系统普遍存在的谐波源。

由于变压器在系统中的数量很大，因此变压器向系统注入的谐波不可忽视。

谐波产生的根本原因及治理对策谐波是指在电力系统中产生的频率为基波频率的整数倍的波动。

它是电力系统中普遍存在的一种现象，但过多的谐波会对电力系统的正常运行和设备的安全性产生很大影响，因此需要采取相应的治理对策来解决这个问题。

1.非线性负载：当电力系统中存在非线性负载时，如电弧炉、电焊机、电子设备等，其工作特性会产生谐波。

这是谐波产生的主要原因之一2.电力电子装置：现代电力系统中广泛使用的各种电力电子装置，如变频器、整流装置等，也会引入大量谐波。

3.潮流分布不均匀：当电力系统中的潮流分布不均匀时，也会导致谐波的生成和传播。

针对谐波的治理对策主要有以下几方面：1.使用滤波器：在电力系统中安装滤波器可以消除或降低谐波对系统的影响。

滤波器的选择要根据谐波的频率和大小来确定。

2.设计合理的系统：在电力系统的设计阶段，应考虑到非线性负载和电力电子装置可能带来的谐波问题，采取相应的额外措施来减少谐波的产生。

3.提高设备的抗谐波能力：针对电力系统中的关键设备，如变压器、电容器等，可以采用提高抗谐波能力的设计和制造技术，使其能够更好地耐受谐波的影响。

4.加强监测和控制：定期对电力系统进行谐波监测，及时发现和解决问题。

对于频繁发生谐波问题的系统，可以采用自动生成谐波的设备进行实时控制，以减小谐波的影响。

5.加强人员培训和管理：加强对电力系统人员的培训，提高其对谐波问题的认识和处理能力。

同时，建立健全的管理体系，制定相应的管理规范和操作程序，以确保谐波问题得到科学有效的控制。

总之，谐波问题存在于电力系统中，会对系统的正常运行和设备的安全性产生不利影响。

通过采取相应的治理对策，如使用滤波器、设计合理的系统、提高设备的抗谐波能力等，可以有效地解决谐波问题，确保电力系统的稳定和可靠运行。

同时，需要加强人员培训和管理，提高人员的谐波处理能力，确保谐波问题得到及时有效的解决。

谐波如何产生谐波是周期性重复的信号中频率是原始信号频率的整数倍的分量，例如，如果一个原始信号的频率是100Hz，那么它的第一个谐波的频率将是200Hz，第二个谐波是300Hz，第三个是400Hz等。

在大多数的电气设备中，谐波的产生是一个普遍存在的问题，特别是在变频器、整流器和调光器等负载设备中。

因此，了解谐波的产生原因以及如何减少谐波对设备的负面影响，对于保护电气设备的性能和工作寿命至关重要。

1. 变频器变频器是一种电力电子设备，可以在不损失输出效率的情况下对电机的旋转速度进行调节。

然而，变频器的输出信号通常是一个方波，其中包含大量的高次谐波分量（如5次、7次等），这些分量可能会对设备造成不良影响，如形成不同种类的电磁干扰和损坏电容器等。

其中最重要的因素是变频器输出的PWM脉冲宽度调制信号，在低频率时，频宽相对比较小，谐波分量比较小，但随着频率的增加，频宽变宽，谐波分量的频率也相应变大。

因此，在设计变频器时，应尽量减少输出脉冲的频率，使用输出滤波电容器来降低谐波，可以有效减少谐波的产生。

2. 整流器整流器是一种电子设备，用于将交流电转换为直流电。

整流器通常是由一个电容器和一个功率管组成的。

当电容器被充电时，整流器会将电网上的电源电压传递到负载上。

当电容器与功率管一起工作时，它们会产生高次谐波分量。

尽管整流器产生的谐波分量不如变频器那么明显，但整流器的基本工作原理使得它不可避免地产生一些谐波分量。

为了减少谐波的影响，一种常见的方法是在整流器输出电容器的电路中添加一个输出滤波电感器，这样可以有效地减少谐波分量。

同时，在选择合适的整流器的类型时，也应考虑谐波分量的产生和对设备的影响。

3. 调光器调光器是一种调节灯具亮度的设备，它可以通过控制电路来改变灯具的亮度。

调光器使用的是一种称为“斩波调制（Chopper）”的技术，通过不断地开关电路来改变输出电压的大小，这会产生大量的高次谐波分量（如5次、7次、11次等）。

电力谐波的产生原因及其抑制方法电力谐波指的是电力系统中出现的非正弦波形，是由于电力系统中的非线性负载和电力设备等产生的。

它会对电力系统的稳定性和运行质量产生不利影响，因此需要采取相应的抑制方法来减小谐波水平。

1.非线性负载：电力系统中广泛使用的非线性负载设备，如电弧炉、变频器、电子设备等，其负载特性是非线性的，会导致电流与电压的失配，产生谐波。

2.电力设备：电力系统中的电力设备，如变压器、发电机、变电设备等，其磁化和饱和特性也会引起谐波。

3.电力系统的并联谐振：当电容、电感等元件在电力系统中呈并联连接时，会出现谐振现象，从而产生谐波。

4.电力系统的不对称操作：电力系统中的不对称运行，如三相电流不平衡、电压不平衡等，也会引起谐波的产生。

为了减小电力谐波的影响，可以采取以下几种抑制方法：1.滤波器和补偿器：通过安装合适的谐波滤波器和补偿器，将谐波电流或电压引入这些设备中，并通过调节参数来抑制谐波。

2.谐波控制器：使用专门的谐波控制器，通过对电流进行监测和控制，实现对谐波的有效消除和抑制。

3.谐波发生器：使用谐波发生器对电力系统进行谐波注入，从而实现对谐波的消除或者切除。

4.谐波滤波器：在电力系统中添加谐波滤波器，通过对谐波进行吸收或变换，并将其回馈到电网中，以减小谐波的扰动。

5.调整电力设备：对电力设备进行调整和优化，减小非线性特性，从而降低谐波的产生。

总结起来，电力谐波的产生是由于电力系统中的非线性负载和电力设备等因素所致。

为了有效抑制电力谐波，可以采取滤波器、补偿器、控制器等方法，以减小谐波的影响。

此外，对电力设备进行调整和优化也是降低谐波的有效手段。

对于电力系统的设计和运行，应该重视谐波抑制的问题，从而保证电力系统的正常运行和供电质量。

谐波产生的原因和危害
在电能的生产、传输、转换和使用的各个环节都会产生谐波。

在供配电系统中，谐波产生的主要缘由是系统中存在具有非线性特性的电气设备，主要有：
具有铁磁饱和特性的铁心设备，如变压器、电抗器等。

以具有剧烈非线性特性的电弧为工作介质的设备，如气体放电灯、沟通弧焊机、炼钢电弧炉等。

以电力电子元器件为基础的开关电源设备或装置。

在电力电子装置普及前，变压器是主要谐波源，目前各种电力电子装置已成为主要谐波源。

谐波的危害
谐波会大大增加供配电系统发生谐波的可能,从而造成很高的过电流或过电压而引发事故的危急性。

谐波电压可使变压器的磁滞及涡流损耗增加，使绝缘材料承受的电气应力增大，而谐波电流使变压器的铜耗增加，从而使铁芯过热，加速绝缘老化，缩短变压器的使用寿命。

谐波电流可能使电容器过负荷和消失不允许的温升，可使线路电能损耗增加，还可能使供配电系统发生电压谐振，损坏设备绝缘。

谐波电流流过供配电线路时，可使其电能损耗增加，导致电缆过热损坏。

谐波电流可使电动机铁损明显增加，并使电动机转子消失振动现象，
严峻影响机械加工的产品质量。

谐波可使计费的感应式、电子式电能表的计量不准。

谐波影响设备正常工作，可使继电爱护和自动装置发生误动和拒动，可使计算机失控、电子设备误触发、电子元器件的测试无法进行。

谐波可干扰通信系统，降低信号的传输质量，破坏信号的正常传递，甚至损坏通信设备。