三次谐波(参考)

三次谐波

在物理学和电类学科中都有三次谐波的概念f(t)=∑(k=0,n)cos(kwt+ak) 任何一个波函数都可以进行傅里叶分解如上的形式当k=0时的分量f(t)=cos(a0)成为基波分量以此类推当k=3时f(t)=cos(3wt+a3)称为三次谐波

三次谐波污染主要存在于低压配电网中，以建筑系统最为严重。其对电网的危害主要有：功率损耗增加、设备寿命缩短、接地保护功能失常、遥控功能失常、电网过热等；对配电站会造成电子器件误动作、电容器损坏、附加磁场、中性线过载和电缆着火。文章主要介绍了消除三次谐波的各种方法及性能比较。关键词三次谐波滤波滤波器

1 三次谐波源

在电力系统中，正常供电频率是50HZ，所谓“三次谐波”，就是在50HZ的电路中，夹杂有150HZ的交流正弦波，这个150HZ的交流正弦波由于是50HZ的三倍，于是称之为三次谐波。

输电及配电系统规定：在频率恒定情况下，电压和电流均以正弦波波形运行。然而在非线性负荷接入系统时，产生的附加的谐波电流会引起电流和电压畸变。产生三次谐波的非线性单相负荷主要有（不考虑暂态及非正常工作状态）：

（1）荧光灯、节能灯及其镇流器；

①市场调查表明，目前国内市场绝大多数的荧光灯电子镇流器三次谐波电流含量高达80%～90%；

②高档的电子镇流器三次谐波电流含量分三种标准：标准：其谐波电流含量<37%；标准：其谐波电流含量<30%；带灯丝预热控制的

电子镇流器其谐波电流含量<10%。市场上的商品实际上达不到标准要求；

③节能型电感镇流器标准规定<20%，其中三次谐波电流含量占主要成分。

（2）电弧焊接设备（电弧的非线性类负荷）；

（3）计算机开关型电源及显示器（大型显示屏幕）；

（4）彩色电视机及监视器，如证券公司、体育场馆、商业中心和新闻中心的电视墙的显示幕墙。普通型彩色电视机可达127%，三次谐波电流含量高达90%；（5）晶闸管调压电源（如加热器、调光器、电化学电源等）；

（6）晶闸管调功电源（如加热器、电化学电源等）；

（7）整流电源（如电器的工作电源、充电器、直流传动及电化学电源等）；（8）开关型稳压电源及；

（9）变频器

①变频的家用电器，如空调、洗衣机、风机、泵、微波炉；

②工业及建筑用的调速电动机；

③中频电源。 2 三次谐波的影响

各次谐波在电路中的作用是不相同的，谐波的叠加与相序有关。同一电路中的某些谐波相互作用时，会相互减弱或相互抵消。但在更多的场合往往相互叠加，使波形发生明显的畸变。只有3次谐波出现时，波形才1所示（忽略，详见本期杂志）；

相线与中性线之间的非线性负荷产生三次谐波电流，并在中性线进行叠加。由于三次谐波及其倍数次谐波呈零序特征，因此中性线上的三次谐波电流是三相中三次谐波电流的代数和，会引起过载风险使所有的谐波电流造成电流和电压畸变，

还形成150的电磁场，对其周围的电子控制、保护及通信设备和系统产生干扰，主要表现为：

（1）因为三次谐波的零序性，低压母线上的三次谐波电压主要与中性线的三次谐波电流有关；

①当变压器接法为时，零序性的三次谐波电流将成为励磁电流，在此零序励磁电抗上产生较大的压降，即三次谐波电压，很容易造成低压母线上的电压总畸变率超标；

②当变压器接法为△－0时，侧的变压器绕组形成三次谐波电流流通的回路，该回路阻抗为变压器漏抗，远较零序励磁阻抗小为20倍左右，从而不会在低压母线产生很大的三次谐波电压，见图2（忽略，详见本期杂志）；

（2）如果低压三相的三次谐波电流不平衡，则存在正序和负序的三次谐波分量：①如果配电变压器为接线，低压侧正序和负序的三次谐波电流会在高压侧绕组感应出三次谐波电压，对高压侧产生影响；

②如果配电变压器为△－11接线，低压侧正序和负序的三次谐波电流在高压侧绕组感应出的三次谐波电流在△绕组形成环流，对高压侧产生的三次谐波影响要比变压器为接线时小，但增加了变压器高压绕组的损耗。

（3）由于中性线中三相负荷不平衡引起的工频电流和三次谐波电流的叠加有可能大于相电流，当三相的三次谐波平衡时，由于接线的变压器铁芯中零序的三次谐波无通路，磁通只能经铁心、空气和外壳等构成回路，产生附加损耗和局部过热；而在接线中，△绕组为三次谐波电流提供通路，它所产生的三次谐波磁通将抵消铁芯中的原三次谐波磁通，从而使铁心中的合成磁通基本上呈正弦波，减少了附加损耗，但谐波电流的存在使因子因谐波发热而降低变压器输送能力，正常值为1．0和电流波峰系数增大，造成供电变压器的利用率下降或过载；

（4）由于中性线中电流过大，使配电系统中性线的电缆、导线出现过负荷引起绝缘老化加速，增加了火灾隐患。主要原因有：

①国内普遍选取中性线导体的截面积是相线的50%；

②已运行的许多按老标准设计制造的电缆中，中性线导体的截面积是相线的33%；

③已运行的许多按新标准设计制造的电缆中，中性线导体的截面积是相线的50%；

④中性线与相线导体选取相同截面积，无论工程设计、材料制造、安装、投入使用所占的比例都很小。

（5）由于电流和电压畸变，增加了供电系统中其他设备和材料的损耗，引起附加发热、加速绝缘老化、减少使用寿命；

（6）由于电流和电压畸变，增加了供电系统中设备和材料的振动和噪音；（7）由于电流和电压畸变，使无功补偿电容器组由于并联谐振而损坏，电动机等绕组类设备绝缘击穿而损坏；

（8）电流和电压畸变及150电磁场：引起测量精确度异常，对控制所需要的同步信号的捕捉与锁相条件恶化、干扰增加，从而使电子控制、测量、保护及通信设备运行不正常；

（9）对用供电的广播电视节目录制及播放系统产生附加背景噪声，并损坏设备；（10）使照明光源闪烁而损坏；图像显示设备频闪，显示失真；

（11）三次谐波电流对其他设备和器材的负面影响要大于其对产生三次谐波电流的谐波源的影响。 3 三次谐波滤波