谐波定义及其危害

在对电网、UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器、电机等测试中,大家除了关注电压、电流和功率等一些基本参数后,其它关注得最多的应该是很多事故的罪魁祸首——谐波。那么什么是谐波?谐波的分类又有什么呢?它的危害又是什么呢?

什么是基波

在介绍“谐波”之前,我们要先了解一个名词——基波。在百度百科中对“基波”的定义如下:

复合波的最低频率分量。在复杂的周期性振荡中,包含基波和谐波。和该振荡最长周期相等的正弦波分量称为基波。相应于这个周期的频率称为基本频率。

设定如图1所示是一个基波信号。如果一个信号只有“基波”,那这就是完美的信号,但是在实际中这是不可能的,这其中夹杂最多的是谐波,俗话说,龙生九子,各有不同,可以这样说,基波就属于正统,那么谐波就像“九子”中的“睚眦”,具有“嗜杀喜斗,刻镂于刀环、剑柄吞口”的特性,那么什么是谐波呢?

图1 基波
什么是谐波

在百度百科中,对谐波的定义是“从严格的意义来讲,谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量,一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解,其余大于基波频率的电流产生的电量。从广义上讲,由于交流电网有效分量为工频单一频率,因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波,这时“谐波”这个词的意义已经变得与原意有些不符。正是因为广义的谐波概念,才有了“分数谐波”、“间谐波”、“次谐波”等等说法” 。

这段话看起来挺复杂的,其实简单理解就是“对周期性交流量进行傅里叶级数分解,得到频率为基波频率(大于1)整数倍的分量就是谐波”。如图2所示,是3次谐波。谐波根据频率来进行分类,分为奇次谐波、偶次谐波和间谐波。

谐波的分类
图2 3次谐波

奇次谐波——额定频率为基波频率奇数倍的谐波,被称为奇次谐波,如3、5、7次谐波;

偶次谐波——额定频率为基波频率偶数倍的谐波,被称为奇次谐波,如2、4、6次谐波;

间谐波——频率为基波频率的整数倍的谐波,倍称为简谐波,也叫分量谐波。

如所示,是电网(50Hz)对谐波的分类。

图3 电网谐波分类
谐波的影响

我们通过一组图片来看看谐波的影响。在图1的基波上添加一个3次谐波,如图2所示,那么就得到了如图 4所示的波形,当继续的叠加奇次谐波后,就变成了方波,如图5所示,是叠加3、5、7次谐波,图6所示是叠加后的波形。

图4 叠加3次谐波后的波形图
图5 叠加3、5、7次谐波
图6 3、5、7次谐波叠加后的波形

通过上面的波形,我们看到了,由于谐波的产生,然后叠加到基波上,原来的基波发生了很大的改变,由原来的正弦波快要变成了方波,这样不仅会降低系统容量如变压器、断路器、电缆等,还会加速设备老化,缩短设备使用寿命,甚至损坏设备危害生产安全与稳定。

谐波是怎么产生的

那么谐波究竟是怎么产生的呢?经过分析,谐波产生主要有是由于正弦信号加压于非线性负载,基波电流发生畸变产生谐波。像常见的主要非线性负载有UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等。因此这类型的米乐官方版m6(中国)官方网站IOS/安卓通用版/手机APP需要使用功率分析仪对其谐波进行测试,后续将为大家介绍市面上的各厂家的功率分析仪测试谐波的优劣势。