关于电流谐波的常识

林金水   厦门科华恒盛股份有限公司

    介绍一下关于谐波的常识，希望对各位读者有所帮助

    那什么是谐波呢？我们知道接在电网的负载可以分为线性负载和非线性负载，如下图1:

图1

    虚线代表电压波形，我们的市电波形正常为幅值220V，频率50HZ的正弦交流电，当负载电流的波形也是50HZ的正弦波形时，我们称此类负载为线性负载，当电流波形相位与电压一致时，我们称为阻性负载，如图1的黄色线，如常见的白帜灯、电路、电热水器。当电流相位超前于电压时，我们称此类负载为容性负载，如图1中的黑色线，纯容性负载比较少，如一般配电室常用的无功补偿柜就是纯容性负载。当负载电流相位滞后于电压波形时，此类负载称为感性负载，如图1的蓝色线，常见感性负载如电动机、变压器、电感式镇流器日光灯。

    以上线性负载的特点是不管其电流相位超前或滞后于电压波形，其电流波形一直为正弦波，没有失真，这是线性负载的关键。

    非线性负载是指其电流波形呈现为非50HZ正弦波，或者理解为相对50HZ正弦波有较大失真，比如目前常见的负载：电脑、彩电、电磁炉，工业上的工频UPS、变频器、电镀等，其负载电流波形都不是509HZ正弦波，如图2就是最为常见的单相电源中的电脑、彩电等的电流波形：

图2

        可以看出其电流波形相对电压的正弦波形相差很大，图3是一般三相电源常见的变频器输入电流波形：

图3

    图3也可以看出，其电流波形相对电压波形失真很大。这种非正弦波形的负载，我们就称之为非线性负载，其电流波形因为不是50HZ正弦波，在电工学上可以分解为很多不同频率的正弦波组成，如3次谐波就是150HZ，5次谐波就是250HZ等，那么这些谐波有什么危害呢？

     在日常生活中，有时一开大功率的电磁炉，彩电屏幕上就会出现很多干扰条纹，这就是谐波的在做怪，因为电磁炉是非线性负载。我们电网中的设备都是按照50HZ来设计的，如电动机、变压器等，一般谐波过大，则其线圈中要流过150HZ、250HZ等频率高出50HZ很多的电流，必然导致电动机、变压器要异常发热。

    电网中其他设备按照50HZ供电设计，一旦同一电网中存在有谐波很大的负载，就会对其他的用电设备造成很大的干扰，因为他们的滤波一般都是按照50HZ来设计，谐波中的高频成分往往使得其他设备不能正常工作。
谐波较大时，必然造成其功率因素也不高，这是电网在传输一般的有功功率时也要额外传输无功功率，造成传输线路容量浪费，传输变压设备容量下降等。

    正因为谐波有存在很多危害，目前各国都在重视这点，并陆续出台相关法规，对进入电网的设备，严格规定其输入功率因素和电流谐波份量。

    在UPS行业，我们称高输入功率因数和低输入电流谐波的机型为绿色电源，如我司的KR系列，输入功率因素可以达到0.99，输入电流谐波可以达到5％以下，是真正的绿色电源，对于大功率的工频UPS，通过采用非常成熟的12脉冲整流技术后，也可以将输入电流谐波降低到10％以内，在保证高可靠性的同时，也使之称为绿色电源。

    最后我们总结一下：无功可以理解为负载电流波形与电压波形的相位差，相位差越大，说明无功越大。谐波可以理解为负载电流波形与50HZ电压波形的失真度，失真度越大，说明谐波越大。

    针对无功和谐波的治理，目前的技术越来越成熟，手段方法也较多，今后有机会我们陆续以通俗的方式来介绍。