關于電流諧波的常識

林金水   廈門科華恒盛股份有限公司

    介紹一下關于諧波的常識，希望對各位讀者有所幫助

    那什么是諧波呢？我們知道接在電網的負載可以分為線性負載和非線性負載，如下圖1:

圖1

    虛線代表電壓波形，我們的市電波形正常為幅值220V，頻率50HZ的正弦交流電，當負載電流的波形也是50HZ的正弦波形時，我們稱此類負載為線性負載，當電流波形相位與電壓一致時，我們稱為阻性負載，如圖1的黃色線，如常見的白幟燈、電路、電熱水器。當電流相位超前于電壓時，我們稱此類負載為容性負載，如圖1中的黑色線，純容性負載比較少，如一般配電室常用的無功補償柜就是純容性負載。當負載電流相位滯后于電壓波形時，此類負載稱為感性負載，如圖1的藍色線，常見感性負載如電動機、變壓器、電感式鎮流器日光燈。

    以上線性負載的特點是不管其電流相位超前或滯后于電壓波形，其電流波形一直為正弦波，沒有失真，這是線性負載的關鍵。

    非線性負載是指其電流波形呈現為非50HZ正弦波，或者理解為相對50HZ正弦波有較大失真，比如目前常見的負載：電腦、彩電、電磁爐，工業上的工頻UPS、變頻器、電鍍等，其負載電流波形都不是509HZ正弦波，如圖2就是最為常見的單相電源中的電腦、彩電等的電流波形：

圖2

        可以看出其電流波形相對電壓的正弦波形相差很大，圖3是一般三相電源常見的變頻器輸入電流波形：

圖3

    圖3也可以看出，其電流波形相對電壓波形失真很大。這種非正弦波形的負載，我們就稱之為非線性負載，其電流波形因為不是50HZ正弦波，在電工學上可以分解為很多不同頻率的正弦波組成，如3次諧波就是150HZ，5次諧波就是250HZ等，那么這些諧波有什么危害呢？

     在日常生活中，有時一開大功率的電磁爐，彩電屏幕上就會出現很多干擾條紋，這就是諧波的在做怪，因為電磁爐是非線性負載。我們電網中的設備都是按照50HZ來設計的，如電動機、變壓器等，一般諧波過大，則其線圈中要流過150HZ、250HZ等頻率高出50HZ很多的電流，必然導致電動機、變壓器要異常發熱。

    電網中其他設備按照50HZ供電設計，一旦同一電網中存在有諧波很大的負載，就會對其他的用電設備造成很大的干擾，因為他們的濾波一般都是按照50HZ來設計，諧波中的高頻成分往往使得其他設備不能正常工作。
諧波較大時，必然造成其功率因素也不高，這是電網在傳輸一般的有功功率時也要額外傳輸無功功率，造成傳輸線路容量浪費，傳輸變壓設備容量下降等。

    正因為諧波有存在很多危害，目前各國都在重視這點，并陸續出臺相關法規，對進入電網的設備，嚴格規定其輸入功率因素和電流諧波份量。

    在UPS行業，我們稱高輸入功率因數和低輸入電流諧波的機型為綠色電源，如我司的KR系列，輸入功率因素可以達到0.99，輸入電流諧波可以達到5％以下，是真正的綠色電源，對于大功率的工頻UPS，通過采用非常成熟的12脈沖整流技術后，也可以將輸入電流諧波降低到10％以內，在保證高可靠性的同時，也使之稱為綠色電源。

    最后我們總結一下：無功可以理解為負載電流波形與電壓波形的相位差，相位差越大，說明無功越大。諧波可以理解為負載電流波形與50HZ電壓波形的失真度，失真度越大，說明諧波越大。

    針對無功和諧波的治理，目前的技術越來越成熟，手段方法也較多，今后有機會我們陸續以通俗的方式來介紹。