諧波抑制與諧波利用探討

目前，雖然各類(lèi)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(lèi)。

　　表1諧波分類(lèi)

　　諧波次數(shù)2345678910

　　頻率(Hz)100150200250300350400450500

　　相序-0+-0+-0+

　　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(xiàn)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(xiàn)圈過(guò)熱，同時(shí)使中線(xiàn)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(lèi)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