开关电源谐波的研究
开关电源谐波分析及抑制方法!
第 !/ 卷
图 !"
单相整流负载电流
# ! ! 单相逆变电路的谐波分析 图 $ 为典型的单相逆变电路， 假设直流电压为 "， 开关管在理想的情况下工作， 即零电压开通和零电流 关断， 开和关的时间为零， 开关管的占空比为 %&# 。
图 $"
单相逆变电路
在图 $ 中可得如下表达式 $ （ %） & " （& # % # $ （ %） & & （ ’ ） ! （!）
［ ( ］范嗣强， 戴特力， 梁一平/ 千瓦级连续激光二极管面阵电 源的设 计 与 实 现 ［ 0］ / 重庆师范大学学报 （自然科学 版） ， -))1 ， -（&） ： ,&%,*/ ［ - ］234567890/ 电力系统谐波%基本原理、 分析方法和滤 波器设计 ［ :］ / 徐政译/ 北京： 机械工业出版社， -))&/ ［ & ］钱照明/ 电磁兼容设计基础及干扰抑制技术 ［ :］ / 浙江： 浙江大学出版社， -)))/ ［ . ］周佩白， 鲁君伟/ 电磁兼容问题的计算机模拟与仿真技 图 *" 没有接入滤波器的电压波形图 术 ［ :］ / 北京： 中国电力出版社， -))!/ ［ 1 ］凡木文/ 新型无污染大功率开关电源 ［ ;］ / 成都： 四川大 学， -))&/ ［ ! ］李旷， 肖国春， 王兆安/ 耦合变压器型串联直流有源电力 滤波器的研究 ［ 0］ / 西 安 交 通 大 学 学 报， -)). ， &, （!） ： !&-%!&1/ ［ * ］范瑞祥， 罗安， 李欣然/ 并联混合型有源电力滤波器的系 统参数设计及应用研究 ［ 0］ / 中国电机工程学报， -))! ， -! （-） ： ()!%(((/ ［ , ］罗安/ 电网谐波治理和无功补偿技术及装备 ［ :］ / 北京： 图 ," 接入滤波器电压波形图 中国电力出版社， -))!/
开关变频电源的谐波问题及谐波抑制技术分析
２ ／ ｒ ２ Ｎ
ｍ
可２ ２ Ｎ
２
ｕ 。为频率调制 比 Ｎ和调制度 Ｄ的函数 ， 图 ２（ ａ ） 一（ Ｄ为几种不 同情况 下逆变器 输出电压 ｕ ｏ频谱分布 图式中 ， ｕ 一 输出 电压 Ｕ Ｏ的基波及各次谐波 幅值 ； Ｅ一 逆变器 的直流输 入电压； Ｊ ＿ 谐波次数序 号。从式中可 以看 出， 逆 变器输 出的谐波分量主要集 中在三角波频率 ｆ △及其倍频 ２ ｆ Ａ、 ３ ｆ Ａ， …为 中心的周围， 在中心频率附近的谐波幅道随其 中心 的增大而 减小 ， 其 中以 ｆ △处的谐波幅值最大。进一步分析可 以得 出： （ １ ） 谐波会受 到三 角载波 频率的影 响， 谐波 的分布中心 主要是 由三 角 载 波频率所 决定的， 而 在输 出的频谱 中， 基波 以及谐 波的幅值 都是通过 正 弦调制 波所具有 的幅值所决定的 。 （ ２ ） 变频是载 波 Ｓ Ｐ ＷＭ 电压逆 变器中的一个重 要的项 目内容， 当出现 变 频的时候， 就会使得谐波 中心 出现波动 ， 从而导致谐 波中心位置 的偏 离， 当变频发生 的时候 ， 需要进行 调压处理 ， 而调压 就会使得谐 波出现幅值 的 变 化。 从上述的观点可 以了解到 ，载波 Ｓ Ｐ ＷＭ 电压 逆变器 的谐 波幅值之 所 以会出现变化 ， 都 是由载波 Ｓ Ｐ ＷＭ 电压逆变器 的工作状态所 决定的 ， 而 相 关的滤波器 的滤波 效果也是 由载波 Ｓ Ｐ ＷＭ 电压逆变器 的工 作状态所 决定 的， 在工作状态 出现改变 的时候， 就会 使得滤波 效果 以及谐 波幅值 出现 较 大 的变 化， 要想能够使得滤波的效果得到有效 的提 升 以及谐波 的幅值得 到 控 制， 就需要对逆变器的工作进行合理 的规划 ， 同时， 要对滤波器进行 工作 范围的制定， 保障两者的运行质量 。而这样做无疑 会使得相应 的成 部分费 用 以及 设计难度大大增加 。在相应 的装置 能够承 载的范 围之 内， 需要对 频 率进行调制 比的提 升， 保 障频 谱在输 出之后 ， 能够保障谐波 的中心可 以 向 着 高频的方向转移， 然而 ， 这样的调节方式 ， 无疑会 使得功率管开关频 率相 应 的增加， 这样就会使得能源的消耗 以及资源 的耗损加重 。
开关电源谐波的研究
图 ４
各分 量 叠 加 成 矩 形 波
Ｆｉ ． Ｒｅ ｔｎ ｕａ ｖ ｕ ｅ ｐ ｓ ｄｂ ｔ ａ ｈｏ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｇ４ ｃａ ｇ ｌｒ ｗａ ｅｓ ｐ ｒ ｏ ｅ ｙｉ ｅ ｃ ｆ ｏ ｏ ｅ ｔ ｓ ｓ
从 图 ４可 看 出方 波 电压 ） 高 次 谐 波 叠加 是
１ ． 单 相 逆 变 的 谐 波 分 析 ２
典 型的单 相逆变电路 如图 ３ 示 ， 设直流 电压 所 假 为 Ｅ， 开关 管为理 想情 况下工 作 ， 即零 电压开通 零 电 流关 断 、 开和关 的时 间为零 ， 开关管 的占空 比为 ５ ％。 ０
在 图 ３中可 得 如 下 表 达 式 ：
而成 的 ， 波 电压 经过 非 线性 电感 、 谐 电容 负载 后 ， 负
载电 流一定 是谐 波 电流 的叠加 。 从 上述 单 相整 流 和单 相逆 变 电路 分析 可 知 ， 在
电流 回路 中一 定存 在 谐波 电流 ， 同理 可推 出三 相整 流 和逆 变 也一 定也 存 在谐 波 电流 ， 因此 只要 有 开关
频 率 与周期 信 号一 致 的分 量称 为 一次谐 波 ， 又 称基 波 ； 频率 为周期 信号三倍 的称 为三次 谐波 ； 三次
及 以上 的谐 波称 为高次 谐 波 。 ４是 由式（） 图 ６的分量
瞢 ＿ 而 成 ） 】 Ⅱ
．
厂—
ｒ ： ／ ～
图 ２ 单 相 整 流 负 载 电 流 纹 波
÷ ｕ ，０ （ ， ｔ ） 手
图 １ 单 相 大 功 率 整 流 电路
Ｆｉ ． Ａ ｉ ｌ － ｈａｓ ａｒ ｅ ｐｏｗｅ ｅ ｔｆｅ ｃ ｒ ｕｉ ｇ１ ｓｎｇ ｅ ｐ ｅｌ ｇ ｒ ｒ ｃ ｉ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ
开关电源中的谐波分析及其控制方法
开关电源中的谐波分析及其控制方法开关电源的广泛使用给电网造成了不利影响，降低了电能质量，进行开关电源谐波抑制十分重要。
本文首先对开关电源产生谐波的机理进行了分析，重点探讨了谐波抑制的方法。
实践表明，这些方法都是行之有效的。
标签：开关电源谐波抑制0 引言电力电子的不断发展使得开关电源的应用越来越广泛，开关电源技术在不断成熟，正朝着可靠性高以及小型化的方向发展。
但值得注意的是，开关电源中安装有大功率的开关管，它们作用在高频状态时会产生谐波，对周围的设备造成电磁干扰，影响电网的电能质量。
因此，对开关电源产生的谐波进行抑制十分必要，当前出现的抑制方法大致可以分为有源滤波以及无源滤波两种。
其中，后者的滤波效果更好，但其技术较为复杂，在实际应用中还不够广泛；无源滤波方法不仅能够进行谐波抑制，还可以起到无功补偿的效果[1]。
1 开关电源产生谐波机理分析所谓开关电源，它是通过事先设置好频率及占空比的脉冲信号对开关管的接通和断开进行控制[2]；从而实现功率的输出以及电压的调整。
为此，在开关电源的内部需要有相应的脉冲发生电路，实现对开关管的控制。
控制开关管是通过脉冲信号来受到控制的，改变脉冲占空比可以调整开关管的导通时间。
在开关电路中，开关管只有两种工作状态，一种是on，一种是off；此时，在输出电压中会存在与工作频率相对应的交流信号；这一谐波信号将会持续存在于输出电压中，比如：将开关的控制信号脉冲频率设置为：100kHz，其输出频谱为基波的奇次分量；在分析输出电压的频谱时可以看出，100kHz、300 kHz、500 kHz的频谱能量均存在。
另外，在上升沿和下降沿处，脉冲信号的电压变化速率很快，电流变化速率也很快；在此过程中会产生与控制脉冲频率不同的高频分量。
可见，为了对开关电源的频率成分进行控制，进行开关电源设计时应该根据设计需要合理选择开关控制脉冲，另外，还应该降低控制脉冲的速率。
2 开关电源谐波抑制方法2.1 使用EMI滤波器EMI滤波技术能够对尖脉冲干扰实施有效抑制，可以可靠滤除传导干扰以及辐射干扰，图1给出了一种EMI滤波器，它是由电容和电感组成的；将其接在开关电源的输出端；高频旁路电容为C1、C5，其作用是将输入电源线之间的差模干扰滤除掉；L1、C2，C4与L2、C2、C4对电路中的共模干扰进行滤除；L3、L4线圈的初级匝数是相等的，但其极性相反；当通以交流电流后，将会在磁芯中产生相反的磁通，这就是它抑制共模干扰的原理。
开关电源的高精度谐波分析
之不能真实反映原来的信号［ 引 ．
收稿 日期 ：０ ６ ０ — ５ ２０ －６ ２ 作者简介 ： 余尤好（９ ７ １ ７一 ） 男， ， 福建莆 田人 ， 助教．
号进行截断． 信号频谱 由原来 的线谱变为 向两边扩展的连续谱 ， 能量泄漏到整个频带 ， 这种现象称之为能量
泄漏 ．
信号频谱通常采用 Ｆ ｒ Ｆ 算法计算 ， 取样后只能得到各离散频率点的值 ， 若信 号中的频率分量与某取样
频率点重合 ， 则我们能够得到该频率分量的精确值 ， 如果信号中的频率分量与频率取样点不重合 ， 则只能按
ｓ ｐ ｌ，ｔｅ ｐ ｐ ｒｏ ｅ ｐ ｃａ ａｙｉ ｙ ｙ ｓ ａｃ ｉｇ ｐ ａ ｓ ｎ ｎ ｖｒ ａａ ｔｒ ｎ ｂ ｎ ，ｆｏ ｈ ａ ｇ ｏ ｕ ｐｙ ｈ ａ ｅ ｆ ｒａ ｓ ｅｉｌａ ｌｓｓ ｗａ，ｂ ｅｒｈｎ ｅ ，ａ ｄ ｆ ｄ ｅｅ ｙ ｐ ｒｍｅｅｓ ｏ ｅ ｙ ｏ ｅ ｒ ｍ ｉｈ ｒｎ ｅ ｔ ｎ ｋ ｉ ｓ ｌｗ ｒｎ ｅ ａ ｄ ｉ ｏ ｅ ｓｒ ｓ ｏ ａａ ｔｒ ｏ ａ ｇ ， ｎ ｆ ｎ ｅ ｅ ｆｐ ｒｍｅｅ ｗ衄 ｆｕ ｄ ｔｅ ｅｅ ｎ ｒｍ ｅ ｓｇ ａｓ ｍｅ ｓｒｄ ｈ ｕｄ ｂ ｅｅｅ ｔ ｅ ｅ ｉ ｓ ｏ ｎ ， ｈ ｌｍｅ ｔ ｆ ｏ ｔ ｉｎ ｌ ａｕｅ ｓ ｏ ｌ ｅ ｄ ｌｔｄ ｏ ｇ ｔｔ ｈ ｈ ｐ ｔ ｘｃ ｓｌ ｅ ｙ ｒ ｔ ｅａ ｔｒ ｕｔ ｅ ， Ｋｅ ｒ ｓ Ｆｒ ｙ ｗｏ ｄ ：Ｆ ．：ｍｅ ｓ ｒ ｅ ｈ ｉｕ ； ｉｔｒ ｏａｉｎ；ｆｎ ｔ ｎ ｏ ｎ ｏ ａｕｅ ｔｃ ｎｑ ｅ ｎｅｐ ｌｔ ｏ ｕ ｃｉ ｆｗ ｄ ｗ ｏ ｉ
谐波对高频开关电源的影响分析及防范探究
谐波对高频开关电源的影响分析及防范探究电力系统中的直流电源大多采用高频开关电源。
随着近年来这一技术的应用不断推广完善，加上其体积小、总量轻，尤其是效率高的特点，在各个领域中得到了较广泛应用。
尽管如此，仍有不少因素会对高频开关电源产生影响，如谐波。
鉴于此，文章先介绍了高频开关电源的工作原理，探讨了谐波对高频开关电源产生的影响，并研究了相应的防范对策。
标签：谐波；高频开关电源；影响；防范1 基于高频开关电源的几点概述首先，从高频开关电源的工作原理来看，当交流电源与整流模块接通之后，并在三相三波整流器和滤波的作用下，将其转换成直流电流，再将其高频逆变回路接通之后，就会形成高频电流，并在高频变压器和整流桥以及滤波器的共同作用下输出平稳的直流[1]。
其次，利用高频开关电源组合的高频开关电路来看，其主要由整流滤波电路、PWM控制电路、限压电路、保护电路等组成[2]。
当三相电网的电压流经电源开关之后，便能进行整流滤波，从而形成平滑直流，平滑直流的电压就会为整个逆变电路服务。
但是逆变电路应选用功率较大的TGB模块组成，从而形成全桥变换电路，若PWM将控制信号输出时，就会在隔离驱动器的作用下驱动功率模块，此时两组对角管就会针对性的交替和导通，当高频变压器首次出现高频脉冲时，其次级电压就会通过高频电压器为整个流向负载提供相应的能量，从而确保其安全高效的工作。
2 分析产生谐波的原因2.1 电力系统中所采用的非线性用电设备较多，例如各种换流设备、调压装置以及电弧炉和家用电器等。
尽管上述设备有理想的正弦波电压，取用的电流仍是非线性的，及存在谐波电流，而设备的谐波含量则与其本身特性及工作状况有关，属于谐波恒流源。
2.2 供电系统本身存在的非线性元件，比如电抗器组、可控硅控制的电容器、变压器激磁支路等。
2.3 发电机发出的谐波电势，也会存在谐波，且属于一种谐波恒压源，值较小。
电力系统中如果存在谐波，实质是一种“污染”，不但会影响系统电压正弦波形的质量，也会对高频开关电源产生较大影响。
谐波对高频开关电源影响的分析和对策
谐波对高频开关电源影响的分析和对策由于以计算机和微处理器为根底的智能直流系统通常安装在变电站高压设备的附近，该设备能正常工作的先决条件就是它能够承受变电站中在正常操作或事故情况下产生的极强的电磁干扰。
此外，由于现代的高压开关常常与电子控制和保护设备集成于一体，因此，对这种强电与弱电设备组合的设备不仅需要开展高电压、大电流的试验，同时还要通过电磁兼容的试验。
GIS的隔离开关操作时，可以产生频率高达数MHz的快速暂态电压，这种快速暂态过电压不仅会危及变压器等设备的绝缘，而且会通过接地网向外传播，干扰变电站直流系统、控制设备的正常工作。
随着电力系统自动化水平的提高，电磁兼容技术的重要性日益显现出来。
因此，高频开关电源要有很强的抗电磁干扰能力，特别是对雷击、浪涌、电网电压波动的适应能力，而对静电干扰、电场、磁场及电磁波等也要有足够的抗干扰能力，保证自身能够正常工作以及对直流设备供电的稳定性。
另一方面严重的谐波电压电流在开关电源内部产生电磁干扰，从而造成开关电源内部工作的不稳定，使电源的性能降低。
还有部分电磁场通过开关电源机壳的缝隙，向周围空间辐射，与通过电源线、直流输出线产生的辐射电磁场一起通过空间传播的方式，对其它高频设备及对电磁场比较敏感的设备造成干扰，引起其它设备工作异常。
因此，对高频开关电源要限制由负载线、电源线产生的传导干扰以及由辐射传播的电磁场干扰，使处于同一电磁环境中的设备均能够正常工作，互不干扰。
高频开关电源因工作在高电压大电流的开关状态下，其引起的电磁兼容性问题是相当复杂的。
从整机的电磁兼容性讲，主要有共阻抗耦合、线间耦合、电场耦合、磁场耦合和电磁波耦合几种。
电磁兼容产生的三个要素为：干扰源、传播途径及受干扰体。
磁场耦合主要是大电流的脉冲电源线附近产生的低频磁场对干扰对象产生的耦合。
而电磁波耦合，主要是由于脉动的电压或电流产生的高频电磁波，通过空间向外辐射，对相应的受干扰体产生的耦合。
多电源分布式＂开关电源＂谐波问题研究
电容 后 变换 为直 流 输 出 电压 。 现 今 ， 关 电源 正 在 开 逐 渐 向高 频 、 可 靠 、 耗 、 噪 声 、 干 扰 和 模 块 高 低 低 抗
化发展 。 Ｈ ｚ
表 １ 开 关 电 源 电流 各 次 谐 波 量
作。
图 ２为 仿真 得 到 的开 关 电源 电流 、 电压 波 形 ， 表 １为开 关 电源 电流 各 次谐波 量 。从 图 ２中可 以看 到 ，
电流 呈 尖脉 冲状 ， 些相尖 峰 电流 会对 电气 设备 造成 这
本 文主 要研 究 了多 电源分 布 式开 关 电源在 Ｌ Ｄ Ｅ 大 屏上 使 用 时 ， 生 的谐 波 对整 屏 的 危害 ， 产 通过 设 计 阻波 器 对 多 电源 分布 式 开 关 电源 的零 线谐 波 分 量 进 行抑 制 ， 对 设计 的阻 波器 进行 仿真 运算 。仿 真结 果 并 表明， 阻波器 能够较 好 地抑 制 分布式 开关 电源 的零 线 谐 波分 量 ，在 Ｌ Ｄ 大屏 幕供 电系统 的实 际应 用 中证 Ｅ
表 ２ 零 线 电 流 各 次 谐 波 量
Ｎ 删 Ｚ Ｈｚ 雅 Ｈｚ Ｉ ｝
５ （ 波 ） Ｏ ３ ２ ０ ５次 ） ０ ７ ４ ０ ９次 ） ０５ ０基 ． ５（ Ｏ ． ５（ ０ ． ０
图 １ 开 关 电 源 的 基 本 结 构
１ｏ ３次 ） ６ ３ ３ ０ ７次 ） ｏ０ ５ ０ １ 次 ） Ｏ０ ５（ ． ５（ ２ ． ４ ５ （ １ ．２
它 各次谐 波 的 电流 很 小 。因此 ， 除 ３次谐 波成 为解 消
决谐 波 问题 的 关键 所 在 。
在 单 个开 关 电源应 用 中本身 存在着 谐 波 问题 ， 通 过 数 字仿 真可 得结 果如 图 ２和 表 １所 示。
开关电源系统中的谐波分析与抑制方法研究
实验研究开关电源具有体积小、效率高、重量轻，以及输出电压可调范大等多项优点，因此得到了广泛应用。
开关电源的应用会引起较为严重的谐波干扰，谐波会沿线路形成辐射和传导干扰，这会污染电网，影响电子设备的应用，并且会对电网运行的安全性和稳定性造成不良影响。
可见，采取合理的措施对开关电源谐波干扰进行处理意义重大。
1 谐波对电力系统的危害谐波对电力系统的危害主要体现在以下几个方面：（1）导致无功补偿电容器组引起谐振或谐波电流放大，这会造成电容器由于负荷或过电压受到严重破坏。
同时，也会导致电力电缆出现过负荷，或电压击穿情况。
（2）加大电网在运行过车中的损耗情况，如果发生谐振，或放大时损耗，造成的十分严重。
（3）干扰自动控制装置、继电保护、信息机。
（4）谐波的出现会增加电度表在应用过程中误差[1]。
2 开关电源谐波出现的原因典型的开关电源类设备包括节能灯、计算机、电子镇流日光灯等，输入交流电压后，通过相应的整流，以及滤波后会转变为直流电压。
对电路中的开元件周期性导通、关断，逆变成交流电，然后通过输出电路，实现对高频次方波电压整流和滤波，最后转变为直流后，完成输出[2]。
通常来说，控制电路采用采用脉宽调制方式完成相应的控制操作，其在具体运行过程中的作用是向驱动电路提供矩形脉冲，实际操作期间，通过控制开关元件占空比的方式，完成对输出电压的合理改变。
从原理上入手，开展相应的分析工作，可以发现导致开关电源在应用过程中出现谐波的因素有很多，基木整流器在应用过程中形成电流高次谐波干扰，以及变压器功率转换形成的尖峰电压干扰是导致开关电源在应用期间出现谐波的主要原因。
基木整流器在具体整流过程中容易形成电磁干扰，这主要因为，经过整流器的正弦波，会变为单向脉动电源，其不再是单一频率电流[3]。
变压器性功率转换器在具体应用过程中的主要作用就是对完成对变频、变压、输出电压等各项内容内容的合理调整，其是开关稳定电源的核心内容，其由高频变压器和开关管共同构成。
开关模式电源中的谐波分析与抑制方法
开关模式电源中的谐波分析与抑制方法概述开关电源作为现代电子设备中常用的电源供给方式，具有高效率、小体积和轻重量等优点。
然而，开关电源也会产生一定的谐波电流，对电网和其他设备造成干扰。
因此，谐波分析和抑制成为开关模式电源设计中的重要环节。
1. 谐波分析为了准确分析开关模式电源中的谐波问题，首先需要对谐波进行数学分析和频谱分析。
开关模式电源中产生的谐波主要包括电流谐波和电压谐波两部分。
1.1 电流谐波分析开关电源中的电流谐波主要来自电源输入端电网的非线性负载。
通过使用傅里叶变换等数学方法，可以将电流信号分解为不同频率的谐波成分，进而分析谐波的电流畸变率和对电网的影响。
1.2 电压谐波分析开关电源产生的电压谐波可以通过分析开关功率器件（如MOS管）的开关特性、电源滤波电容的功率容量、电源线路的阻抗等因素得到。
通过频谱分析可以确定电源输出电压中各频率谐波的幅值和相位情况。
2. 谐波抑制方法为了解决开关电源中的谐波问题，可以采取以下措施进行抑制。
2.1 输入滤波器合理设计和选择输入滤波器可以有效地减小开关电源输出端对电网端产生的谐波影响。
输入滤波器主要负责过滤电源输入端电网传来的谐波电流，并通过合适的参数设计使其在谐波频率带处具有较低的阻抗。
2.2 输出滤波器开关电源输出滤波器主要用于减小输出电压中的谐波成分。
常见的输出滤波器包括L型滤波器和π型滤波器等。
通过合适的设计和选择滤波器元件，可以降低输出电压中的谐波幅值，使其满足相关的标准要求。
2.3 谐波抑制技术除了滤波器之外，还可以使用谐波抑制技术来减小开关电源中谐波的影响。
例如，采用多级谐波抑制技术可以有效地降低电流谐波含量；采用谐波主动抑制技术可以实时检测和抑制开关电源中的谐波成分。
2.4 对地干扰的抑制开关电源中的谐波电流往往会通过地线传导到其他设备，引发地干扰问题。
为了解决这个问题，可以通过优化接地方式、增加电磁屏蔽和使用高频绕组等方法来有效抑制对地干扰。
开关电源峰值电流模式次谐波振荡研究
开关电源峰值电流模式次谐波振荡研究开关电源是一种常见的电源供电方式，它具有高效、稳定和可控的特点。
然而，在实际应用中，开关电源的运行过程中往往会出现次谐波振荡的问题。
次谐波振荡是指开关电源输出电流中存在频率接近整数倍基波频率的次谐波成分，会引起系统工作不稳定甚至引起系统损坏。
因此，对开关电源峰值电流模式次谐波振荡进行研究具有重要的理论和应用价值。
开关电源的峰值电流模式是一种广泛应用于电力电子领域的控制策略，它能够实现对输出电压的快速响应和精确控制，在调制器中通过峰值电流模式控制算法动态调整开关器件开关时间和开关频率，以实现输出电流的控制。
然而，在峰值电流模式下，受到电源输入电压变化、负载变化和电容电感参数变化等因素的影响，开关电源输出电流中会产生次谐波振荡。
次谐波振荡的产生机理复杂，主要与开关电源中的非线性元件和电路拓扑结构有关。
首先是因为开关电源使用开关器件进行开关动作，其导通和关断过程存在大量的开关损耗和串扰。
这些损耗会引起电流的非线性，从而产生次谐波振荡。
其次，电路中存在电容和电感元件，它们对电流的响应速度较慢，导致电流的峰值出现滞后。
为了解决开关电源峰值电流模式次谐波振荡问题，需要深入研究电路中的非线性特性和频率响应特性，以及开关器件的性能参数。
研究发现，通过优化电路拓扑结构和控制方法，可以有效降低次谐波振荡的程度。
例如，采用谐振开关电路、采用多电平控制技术或者增大电容和电感元件的数值等方法都可以减小次谐波振荡的幅度。
此外，还可以通过数字仿真和实验验证的方法，对开关电源进行参数优化和性能测试。
通过建立电路模型和仿真软件，可以模拟开关电源的工作过程，并优化电路参数和控制策略，以降低次谐波振荡的程度。
通过实验测试，可以验证仿真模型的可行性，并进一步优化和改进电路设计。
总之，开关电源峰值电流模式次谐波振荡是一个复杂而重要的问题，对于电源供电系统的稳定性和可靠性具有重要影响。
通过深入研究电路的非线性特性和频率响应特性，优化电路参数和控制策略，可以有效降低次谐波振荡的幅度，提高开关电源的工作效率和可靠性。
浅谈开关电源的谐波及抑制_俞阿龙
浅谈开关电源的谐波及抑制俞阿龙(江苏淮阴师范学院 223001) 摘 要 对开关电源谐波产生的主要原因进行分析,介绍了抑制谐波的常用方法,并给出了实用的谐波抑制电路。
关键词 开关电源 谐波 抑制 功率因数校正1 前 言开关电源具有效率高、体积小、重量轻、输出电压可调范围大、实现多路输出方便等优点,使用范围日益扩大,尤其在仪器仪表、通信及自动化设备中得到了广泛的应用。
但开关电源的广泛应用会造成严重的谐波干扰,因为谐波会沿线路产生传导干扰和辐射干扰,从而对电网产生污染,并影响用电设备的稳定和安全运行。
因此,无论从保护电网的安全运行,还是从使用电设备正常工作来看,对开关电源的谐波干扰采取一定措施加以抑制具有重要意义。
2 开关电源谐波产生的原因分析图1是一个脉宽调制型(PWM )开关电源的电路结构框图。
其工作原理为:220V /50Hz 交流电网电压经整流和滤波变为直流电,然后经高频功率开关逆变成交流电,再由高频变压器降压和高频整流和滤波后以直流输出;输出电压经取样与基准电压进行比较,将比较差值放大后用以调节PWM 的脉宽,再经驱动电路控制逆变电路中功率变换开关的通断比,从而达到控制和稳定输出电压的目的。
对该电路结构进行分析可知,开关电源谐波来源主要有三方面:(1)电网传入的谐波。
因为电网受雷击或雷电感应会产生幅度极高的浪涌电压,接在电网上其他电气设备工作时的谐波及开关时产生的浪涌电压也会馈入电网。
(2)开关电源的输入端整流-滤波电路是一种非线性元件和储能元件的组合,导致电流波形畸变,呈脉冲状,设开关电源的输入正弦电压为u (t ),输入电流i (t )则u (t )=a 0+∑∞n =1U n sin (n ωt +ψn )=u 1(t )(仅有基波)(1)i (t )=b 0+∑∞n =1I n sin (n ωt + n )(2)电流的有效值I =I 21+I 22+…+I 2n(3)电流波形畸变率THD =I 22+I 23+…+I 2n /I 21(4)(3)开关电源的DC /DC 变换部分工作在高频开关状态。
现代化开关电源谐波分析及抑制方法
现代化开关电源谐波分析及抑制方法摘要随着电力电子技术在开关电源快速的发展，开关电源的应用在提高系统可靠性和效率方面显得尤为重要。
而开关电源的核心技术是电力电子技术，开关器件在导通和关断时会产生谐波成分和电磁干扰，影响系统的正常工作，降低电网电源功率因素，因此电力电子技术的快速发展，谐波的抑制已成为国内外同行专家关注的重点。
基于此，本文就针对开关电源谐波分析及抑制方法进行分析研究。
关键词开关电源；谐波分析；抑制方法前言开关电源具有效率高、体积小、重量轻、输出电压可调范围大、实现多路输出方便等优点，使用范围日益扩大，尤其在仪器仪表、通信及自动化设备中得到了广泛的应用。
但开关电源的广泛应用会造成严重的谐波干扰，因为谐波会沿线路产生传导干扰和辐射干扰，从而对电网产生污染，并影响用电设备的稳定和安全运行。
因此，无论从保护电网的安全运行，还是从使用电设备正常工作来看，对开关电源的谐波干扰采取一定措施加以抑制具有重要意义。
1 开关电源谐波产生的原因典型的开关电源类设备包括电子镇流日光灯、节能灯、计算机及显示器等，其在输入的交流电压经过输入电路整流、滤波后变成直流电压。
通过变换电路中的开关元件周期性导通、关断，逆变成交流电，再经输出电路将高频次级方波电压整流和滤波成直流后输出。
控制电路一般的控制方式是脉宽调制（PWM）方式，其作用是向驱动电路提供矩形脉冲，通过控制开关元件的占空比来达到改变输出电压的目的。
从原理分析，开关电源产生谐波的原因较多，其中由基本整流器产生的电流高次谐波干扰和变压器型功率转换电路产生的尖峰电压干扰是主要原因。
基本整流器的整流过程是产生EMI最常见的原因。
这是因为正弦波电源通过整流器后变成单向脉动电源已不再是单一频率的电流。
变压器型功率转换电路用以实现变压、变频以及完成输出电压调整，是开关稳压电源的核心，主要由开关管和高频变压器组成。
它产生的尖峰电压是一种有较大幅度的窄脉冲，其频带较宽且谐波比较丰富[1]。
涨知识关于开关电源谐波失真的经验
涨知识关于开关电源谐波失真的经验无论是从保护电力系统的安全还是从保护用电设备和人身的安全来看，严格控制并限定电流谐波含量，以减少谐波污染造成的危害已成为人们的共识。
总谐波失真THD与功率因数 PF 的关系市面上很多的LED 驱动电源，其输入电路采用简单的桥式整流器和电解电容器的整流滤波电路，见图 1.图1该电路只有在输入交流电压的峰值附近，整流二极管才出现导通，因此其导通角θ比较小，大约为60°左右，致使输入电流波形为尖状脉冲，脉宽约为3ms，是半个周期（10ms）的1/3.输入电压及电流波形如图 2 所示。
由此可见，造成 LED 电源输入电流畸变的根本原因是使用了直流滤波电解电容器的容性负载所致。
对于LED 驱动电源输入电流产生畸变的非正弦波，须用傅里叶（Fourier）级数描述。
根据傅里叶变换原理，瞬时输入电流可表为：每一个电流谐波，通常会有一个正弦或余弦周期，n 次谐波电流有效值 In 可用下式计算：输入总电流有效值上式根号中，I1 为基波电流有效值，其余的 I2，3，分别代表 2，3，… n 次谐波电流有效值。
用基波电流百分比表示的电流总谐波含量叫总谐波失真（THD），总谐波含量反映了波形的畸变特性，因此也叫总谐波畸变率。
定义为根据功率因数 PF 的定义，功率因数 PF 是指交流输入的有功功率P 与输入视在功率 S 之比值，即其中，为输入电源电压；U cosΦ1 叫相移因数，它反映了基波电流 i1 与电压 u 的相位关系，Φ1 是基波相移角；输入基波电流有效值 I1 与输入总电流有效值 Irms 的百分比即 K=I1 / Irms 叫输入电流失真系数。
上式表明，在LED 驱动电源等非线性的开关电源电路中，功率因数 PF 不仅与基波电流 i1 电压 u 之间的相位有关，而且还与输入电流失真系数 K 有关。
将式（6）代入式（7），则功率因数 PF 与总谐波失真 THD 有如下关系：上式说明，在相移因数cosΦ1 不变时，降低总谐波失真THD，可以提高功率因数 PF;反之也能说明， PF 越高则 THD 越小。
开关电源次谐波振荡产生机理
开关电源次谐波振荡产生机理英文回答：Switching power supplies are widely used in various electronic devices due to their high efficiency and compact size. However, they can generate unwanted harmonics, including the second harmonic. The mechanism behind the generation of second harmonic oscillations in switching power supplies can be attributed to several factors.One of the main factors is the non-linear behavior of the power semiconductor devices, such as transistors or diodes, used in the power supply circuit. These devices switch on and off rapidly to regulate the output voltage. However, their switching behavior can introduce non-linearities in the current waveform, leading to the generation of harmonics. The second harmonic isparticularly significant because it is twice the frequency of the fundamental waveform.Another factor contributing to second harmonic oscillations is the parasitic capacitance and inductance present in the power supply circuit. These parasitic elements can resonate at the second harmonic frequency and cause the amplification of the second harmonic component in the output waveform. This resonance phenomenon occurs due to the interaction between the parasitic elements and the switching frequency of the power supply.Furthermore, the layout and design of the power supply circuit can also influence the generation of second harmonic oscillations. Improper placement of components or inadequate grounding can result in signal reflections and electromagnetic interference, which can further amplify the second harmonic content in the output waveform.To illustrate this mechanism, let's consider a simple example of a switching power supply driving a resistive load. When the power semiconductor device switches on, it allows current to flow through the load. However, due to the non-linear switching behavior, the current waveform may not be a perfect square wave. It may contain high-frequencycomponents, including the second harmonic. These high-frequency components can then be amplified by the parasitic capacitance and inductance in the circuit, resulting in the generation of second harmonic oscillations in the output waveform.In conclusion, the generation of second harmonic oscillations in switching power supplies can be attributedto the non-linear behavior of power semiconductor devices, the presence of parasitic capacitance and inductance, and the circuit layout and design. These factors can interact and amplify the second harmonic content in the output waveform, leading to unwanted harmonics.中文回答：开关电源由于其高效率和紧凑尺寸而被广泛应用于各种电子设备中。
论谐波对高频开关电源的影响分析及防范措施
论谐波对高频开关电源的影响分析及防范措施摘要：结合当前电力系统中的高频开关电源的应用情况，从自身的高频开关电源应用以及管理经验出发，分析了产生谐波的原因，探讨了谐波对高频开关电源产生的影响，并最后有针对性地提出了谐波对高频开关电源的防范措施关键词：高频开关电源，谐波影响，防范措施，谐波原因1 基于高频开关电源的几点概述结合高频开关电源的工作原理进行分析，实现交流电源与整流模块的连接的基础上，在相应的三相三波整流器以及滤波的影响下，能够实现相应的转换为直流电流的要求，然后，进行连接高频逆变回路，这样就能产生高频电流，并能结合系统的需要，实现输出平稳的直流电。
从高频开关电源组合的高频开关电路进行分析，可以看出，其结构主要涉及到PWM 控制电路、整流滤波电路、保护电路以及限压电路等。
进行三相电网的电压流经电源开关的基础上，可以进行整流滤波处理，保障满足平滑直流的要求，相应的电压则会实现整个逆变电路的服务要求。
在过程中，应该注意到逆变电路应选用功率较大的 TGB 模块情况，构建成全桥变换电路。
如果出现PWM输出控制信号，结合隔离驱动器的作用，能有效实现两组对角管的进行交替以及导通的作用，特别是高频变压器第一次产生高频脉冲的情况时，其次级电压则是利用高频电压器的作用，能够保障提供相应的流向负载的能量，符合安全高效的工作要求。
2 分析产生谐波的原因1.在供电系统中，存在着相应的非线性元件，涉及到相应的可控硅控制的电容器、电抗器组以及变压器激磁支路等。
在电力系统中，所涉及到的非线性的用电设备比较多，有着家用电器、电弧炉、调压装置以及相应的换流设备等。
这些设备相应的取用电流呈现出非线性的特点，不可避免会有着谐波电流的影响，相应的设备谐波受到本身特性以及工作状况的影响，属于谐波恒流源。
第三，针对发电机发出的谐波电势进行分析，也存在着谐波，其数值往往比较小。
其实，这种电力系统中的谐波则是“污染”，一方面会造成电压正弦波形的质量受到影响，另一方面还会影响到高频开关电源。
开关电源的谐波分析及谐波抑制研究
2.2 FFT分析
对图 1 波形数据进行 FFT（快速傅里叶变换）得 到图 2 所示的幅频图
从图 2 上可以看出，电压、电流中都有谐波。
图 1 具有整流器负载（开关电源）的电压电流波形
图 2 对图 1 作谱分析后的电压、电流幅-频特性
2.3 电压谐波分析
从图 1 看出电压波形是“削顶”的，造成“削顶” 的原因是由于很多开关电源存在，当开关电源工作时， 其电流就是图中的脉动电流（AC），AC 的特点是只 有在电源电压超过滤波电容上的电压时，才有电流流 过整流器，电流呈一脉动状态，当大量这样的负载投 入运行后，需要的峰值功率很大，在这样的条件下， 有两种情况可能造成“削顶”。或者是实际应用变压器 的容量没能按此容量来选择，因此不能满足峰值功率 的要求，或者线路上电阻较大造成线路压降，而线路
i = 2In sin(nω t +φ n )
l
0
(a)
(b)
图 3 L-C 串联谐波抑制原理图
由（13）式看出各级陷波器（n≥2 时）在基频时 都可以等效为一个电容，其容抗为 X e (ω ) 。如果进行
4 结论
实时谐波监测自动投切，可采用图 3（b）所示的 LC 电路结合双向可控硅过零触发控制。
2.4 电流谐波分析
“削顶”现象。
电压波形的“削顶”其实对工作在这个电压下的
所有负载都有影响。不仅如此，大量的子网负载对主
干网也有同样的影响。
产生的电压畸变后，非正弦电压可以分解成傅利
叶级数：
∞
∑ u = 2U n sin(nω t + φ n )
(1)
0
其中，n=1 的部分为基波电流： u1 = 2 ⋅ 240 ⋅ sin( ω t + φ 1 )
开关电源系统中谐波的抑制
开关电源系统中谐波的抑制张罡;张小平;朱建渠【摘要】为了提高开关电源电能质量和高功率因素,分析了开关电源中整流变换和逆变器两部分,开关电源运行中会产生谐波成分,整流和逆变过程中都含有3次、5次、7次、9次等以上的奇次谐波和偶次谐波,通过测试可知,3次、5次、7次、9次奇次谐波成分最大,其余高次谐波虽然存在但其能量很低,对系统正常工作的干扰不大,在抑制时可以忽略.基于此,设计出一种新型带通无源滤波器,该滤波器能抑制3次以上的谐波,与传统的滤波器相比具有很好的优越性.试验验证可知,该滤波器能改善电压波形,谐波总量低于我国制定的5％标准.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2013(043)010【总页数】4页(P55-58)【关键词】开关电源;单相整流;逆变;谐波;无源滤波器【作者】张罡;张小平;朱建渠【作者单位】重庆科技学院机械与动力工程学院,重庆401331;攀枝花学院电气信息工程学院,四川攀枝花617000;重庆科技学院机械与动力工程学院,重庆401331;西南交通大学电气工程学院,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】TG434.10 前言开关电源已广泛应用在各行各业中，而开关电源的核心技术是电力电子技术，开关器件在导通和关断时会产生谐波成分和电磁干扰，影响系统的正常工作，降低电网电源功率因素，因此，电力电子技术的快速发展，谐波的抑制已成为国内外同行专家关注的重点。
传统的供电系统被设计成按基波频率的正弦波运行。
在各种电气设备中，理论上其运行的正弦波电压就是基波电压，实际上，在供电系统中存在电机、变压器、电器设备以及强非线性的电力电子器件等各种非线性设备，必将产生非基波的正弦波电压，即谐波成分。
在此主要针对开关电源中的整流和逆变两部分进行分析其谐波产生的机理，提出抑制谐波的可行方案，并通过试验验证所设计的新型滤波器的滤波效果。
本研究的思想将改变传统单谐振抑制谐波的方法，为开关电源系统可靠而稳定的运行提供参考。
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研究与设计
曹太强等： 开关电源谐波的研究
第５期
１ 谐波的理论分析
电力电子的器件的开关特性是强非线性， 开关 电源在开、关和在运行时都会产生大量的谐波干扰。
系统带来的危害， 设计出一个通用的三相无源滤波器装置， 该装置不仅能抑制谐波还能够提高系统
功率因素。通过试验表明， 应用这种方法能达到理想的效果， 各次谐波的含量低于我国制定的标准， 使
电网谐波降低， 交流纹波成分减少。
关键词： 谐波； 开关电源； 交流纹波
中图分类号： ＴＭ７１４
文献标识码： Ａ
文章编号： １００１－ ２３０３（２００７）０５－ ００５８－ ０３
上升、下降的时间角度为
φ＝２πτｒ／Ｔ。
（１）
对图 ２ 傅立叶分解为
ｉ＝Ｉｄ［ｃ１ｓｉｎωｔ＋ｃ３ｓｉｎ ３ωｔ＋ｃ５ｓｉｎ ５ωｔ＋……］， （２） 因 此 从 式 （２）可 以 看 出 单 相 整 流 的 电 流 含 有 奇
次谐波。
１．２ 单相逆变的谐波分析
典型的单相逆变电路如图 ３ 所示， 假设直流电压
２ 谐波的抑制
开关电源谐波的抑制可分为预防性和补救性 两类。预防性是在设计开关电源时根据设计要求用
Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｍ ａｃｈｉｎｅ ·５９·
研究与设计
电焊机
第 ３７ 卷
有效的过程和方法来控制开关管， 但是无论采用何 种先进的控制策略都不可避免有谐波成分； 补救性 的解决方法是为了克服系统已经存在谐波成分所 采用的技术， 目前所用办法是用滤波器（无源滤波 器、有源滤波器）。有源滤波器在国内外有相当多的文 献是从理想状况研究的， 但在实际应用中是非常困 难的， 比如系统谐波含量的检测、抵消谐波含量的 多 少 、实 时 性 、并 且 有 源 滤 波 器 有 开 关 器 件 其 自 身 又产生谐波等， 因此从制作成本和控制方法看无源 滤波器是非常适用， 在设计时考虑一定裕量， 可以 设计为较通用的滤波装置。
影响电能质量的主要污染源， 同时通过专用谐波测试仪可得， 在开关电源中 ３ 次、５ 次、７ 次谐波的含量
最大， 其他高次谐波虽然也存在， 但是其能量很低， 在抑制时可以忽略， 因此在开关电源中 ３ 次、５ 次、
７ 次谐波是影响系统污染的主要原因。针对开关电源产生的谐波给电网造成的污染以及影响自身控制
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｈБайду номын сангаасｒ ｍｏｎｉｃｓ ｏｆ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ
ＣＡＯ Ｔａｉ－ｑｉａｎｇ， ＸＵ Ｊｉａｎ－ｐｉｎｇ， ＸＵ Ｓｈｕｎ－ｇａｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００３１， Ｃｈｉｎａ）
要使交流电压整流后负载直流电流的纹波很小， 就 要 加 入 一 个 大 的 电 感 即 Ｌ／Ｒ＞＞Ｔ， Ｔ 在 工 频 时 为 ２０ ｍｓ， 这样负载直流近似为直流 Ｉｄ。由于在负载端电 感电流不能突变， 同时开关管在实际应用中开和关的 时候有上升和下降时间， 因此负载电流纹波见图 ２。
图 ３ 单相逆变电路 Ｆｉｇ．３ Ａ ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅ ｉｎｖｅｒ ｔｅｒ ｃｉｒ ｃｕｉｔ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｈａｒｍｏｎｉｃｓ； ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ； ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｉｐｐｌｅｓ
０ 前言
近年来， 随着电力电子技术在开关电源快速的 发展， 开关电源的应用在提高系统可靠性和效率方 面显得尤为重要。一方面开关电源正朝着高频、高速、 高 灵 敏 度 、高 可 靠 性 、多 功 能 、小 型 化 的 方 向 发 展 ， 另一方面， 电力电子装置本身功率容量和功率密度 在不断增大， 比如智能电焊机、光伏发电、变频器、 伺服控制系统等。然而， 出现了一个严重的问题， 开 关电源中的大功率开关管在高频的开、关以及在运
由于在开关电源和控制系统中从谐波能量分 析 ３ 次、５ 次、７ 次谐波含量最大， 其他高次谐波能量 小远远低于国家制定的标准。在此通过仿真分析设 计出一个抑制 ３ 次、５ 次、７ 次的无源滤波器， 如图 ５、 图 ６ 所示。从仿真图可以看出该设计方法能抑制 ３ 次（Ｌ１、Ｒ１、Ｃ１）、５ 次（Ｌ２、Ｒ２、Ｃ２）、７ 次（Ｌ３、Ｒ３、Ｃ３）谐波［２］。
Ａｂｓｔｒａｃｔ ： Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｎｅｒｇｙ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ， ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈ
ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｌａｒｇｅ－ｐｏｗｅｒ ｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｖｅｒｓｅ ｓｗｉｔｃｈ ｓｕｐｐｌｙ ｔｈｅｏｒｙ， ｗｅ ｃｏｎｃｌｕｄｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｗｉｔｃｈ ｓｕｐｐｌｙ ｉｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｏｌｌｕｔｉｎｇ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｅｎｅｒｇｙ ｑｕａｌｉｔｙ．Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ， ｗｅ ｏｂｔａｉｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ３， ５， ７ｔｈ－ｆｏｌｄ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｓｕｐｐｌｙ ｉｓ ｈｉｇｈｅｓｔ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｐｅｃｉａｌ ｈａｒｍｏｎｉｃｓ ｔｅｓｔ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ． Ｏｔｈｅｒ ｈｉｇｈ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｈａｒｍｏｎｉｃｓ ａｌｓｏ ｅｘｉｓｔ， ｂｕｔ ｔｈｅｉｒ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｒａｔｈｅｒ ｌｏｗ， ａｓ ｃａｎ ｂｅ ｎｅｇｌｅｃｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ｔｈｅ ３， ５， ７ｔｈ－ｆｏｌｄ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｓｕｐｐｌｙ ａｒｅ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｒｅａｓｏｎｓ ｌｅａｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｐｏｌｌｕｔｅｄ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｈａｒｍｏｎｉｃｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｓｕｐｐｌｙ ｔｏ ｎｅｔｗｏｒｌｅ ｓｕｐｐｌｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｄｅ－ｅｆｆｅｃｔ ｔｏ ｉｔｓ ｏｗｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｉｇｎｓ ａ ｇｅｎｅｒａｌ ３－ ｐｈａｓｅ ｐａｓｓｉｖｅ ｆｉｌｔｅｒ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｒｅｓｔｒｉｃｔ ｈａｒｍｏｎｉｃｓ， ｂｕｔ ａｌｓｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｓｕｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ｉｄｅａｌ ｅｆｆｅｃｔ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ａｌｌ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｈａｒｍｏｎｉｃｓ ｂｅｃｏｍｅ ｒａｔｈｅｒ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｎａｔｉｏｎ ｓｔａｎｄａｒｄ， ａｎｄ ｉｔ ａｌｓｏ ｄｅｇｒａｄｅｓ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｈａｒｍｏｎｉｃｓ ａｎｄ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｔｈｅ ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｉｐｐｌｅｓ ｇｒｅａｔｌｙ．
２ ｍ＝１ （２ｎ－ １）π
Ｔ
＝ Ｅ ＋ ２Ｅ ｓｉｎ（ωｔ）＋ ２Ｅ ｓｉｎ（３ωｔ）＋……。 （６）
２π
３π
频率与周期信号一致的分量称为一次谐波， 又
称基波； 频率为周期信号三倍的称为三次谐波； 三次
及以上的谐波称为高次谐波。图 ４ 是由式（６）的分量
叠加而成。
图 ２ 单相整流负载电流纹波 Ｆｉｇ．２ Ｌｏａｄ ｃｕｒ ｒ ｅｎｔ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅ ｒ ｅｃｔｉｆｉｅｄ ｃｉｒ ｃｕｉｔ
行 时 必 然 会 产 生 高 次 谐 波 和 电 磁 干 扰 （通 过 辐 射 传 播）注入电网， 干扰自身系统的稳定性和可靠性。
谐波是传导行的干扰， 它已成为许多开关电源 与系统能否在应用现场正常可靠运行的主要障碍 之一［１］。欧美国家在 １９９６ 年已制定了相关标准并强 制严格执行， 不符合其标准的电气产品不准进入市 场； 我国已在 ２００３ 年制定了相关标准， 并在少数城 市实行了如果谐波含量超标用户要实行一定的处 罚。因此对谐波的研究尤为重要。
１．１ 单相大功率整流器的谐波分析
人们偏爱正弦波是因为其不含谐波， 从而减少铁 损并提高效率［１］。在电机、变压器和电器设备设计时 都假设供电电源是正弦波， 然而实际上在供电系统中 不可能有标准的正弦波和直流电源， 它们都是由不同 频率的正弦波叠加而成， 单相整流电路如图 １ 所示。
图 １ 单相大功率整流电路 Ｆｉｇ．１ Ａ ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅ ｌａｒ ｇｅ ｐｏｗｅｒ ｒ ｅｃｔｉｆｉｅｄ ｃｉｒ ｃｕｉｔ
收稿日期： ２００７－ ０４－ ０９ 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（５０６７７０５６） 作者简介： 曹太强（１９６９—）， 男， 四川富顺人， 博士， 主要从事
大 功 率 开 关 变 换 器 及 光 伏 发 电 、电 力 电 子 与 电 力 传动的研究工作。
·５８· Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｍ ａｃｈｉｎｅ
从 图 ４ 可 看 出 方 波 电 压 Ｕ（ｔ）是 高 次 谐 波 叠 加 而成的， 谐波电压经过非线性电感、电容负载后， 负 载电流一定是谐波电流的叠加。
从上述单相整流和单相逆变电路分析可知， 在 电流回路中一定存在谐波电流， 同理可推出三相整 流和逆变也一定也存在谐波电流， 因此只要有开关 电源电气设备一定会有谐波的产生。