谐波的抑制与利用

摘要：针对谐波的危害性，利用数学理论对谐波的叠加作用和高次谐波的特性进行定性分析，并

在此基础上给出抑制谐波危害的办法。同时，也具体地分析对谐波的利用方法。

关键词：谐波叠加作用高次谐波

　　随着现代电气化程度的不断提高，人们对配电质量的要求越来越高。目前，虽然各类稳压设备正逐步更新换代，但是仍然没有阻拦住谐波的恣意破坏；相反，随之而来的谐波危害却越来越不可忽视。因此，很有必要对谐波的产生和危害性进行定性分析，以便加深认识，扬弃并举，在抑制谐波危害的同时，充分发挥其有利方面。

1谐波的危害

　　谐波的危害要从我国的配电体制谈起。我国一直采用50Hz交流供电制式，在稳压保护的过程中，很少考虑到谐波的危害。这样一来为谐波的产生和延续提供了条件，使得谐波相互作用，一方面损坏电器，另一方面消耗大量电能。表1为50Hz交流供电体制下的正序、负序和零序谐波的分类。

　　表1谐波分类

　　正是由于各种谐波的存在，使50Hz的正弦交流电发生波形畸变，影响了正常的工作。在三相四线供电变压器中，3次整数倍的谐波代数叠加，感应到变压器一次侧，造成线圈过热，同时使中线电流过大，发热，甚至烧坏。在电机运行过程中，谐波使交流电压波形严重失真，烧坏电机。在无功补偿电路中，谐波会形成谐振，烧坏电容柜。在日常生活中，日光灯灯管被烧坏，起辉器无法启动等情况都是由谐波造成的。

　　除了对电路造成危害之外，谐波的存在，也使配电功率因数的提高受到制约。利用电容补偿电路提高功率因数时，不可避免地带来谐波的负面影响。如果谐波次数较高，无功补偿电容很可能被击穿。

2谐波的定性分析

　　各次谐波在电路中的作用是不相同的，现对谐波常见的两种作用效果进行定性分析，找出原因，加以抑制。

2.1谐波的叠加特性

　　谐波的叠加与相序有关。在同一电路中，有些谐波相互作用时，相互减弱或相互抵消，但是，更多的场合往往相互叠加，使波形发生明显的畸变。例如，仅有3次谐波出现时，波形如图1所示；当3次、5次谐波同时出现时，就会使正弦波明显地发生了变化，如图2所示。

图1u1、u3及其叠加波形

图2u1、u3、u5及其叠加波形

　　如果继续叠加，正弦波就会发生质的变化。方波可用傅里叶级数展开如下式。

ui=4Um[sin2πft＋(sin6πft)/3＋(sin10πft)/5

＋…＋(sin2kπft)/k〗/π（1）

　　其中，ui为叠加之后的电压，Um为基波振幅，f为基波的频率50Hz，k=1、3、5……为奇数。

　　当然，其它种类的谐波叠加的情况也很多，如锯齿波就含有一系列的偶次谐波（见图3）

图3锯齿波波形

　　其傅里叶级数表达式为

ui=A/2－A[sin2πft＋(sin4πft)/2＋(sin6πft)/3＋…(sin2kπft)/k〗/π（2）

　　其中，ui为叠加之后的电压，A为锯齿波电压幅值，f为基波频率50Hz，k为自然数。

　　从以上分析可看出，谐波的叠加作用是不可忽视的，这一点在三相四线供电制中表现得最明显。由于谐波相互叠加，中线会因电流过大而发热，如图4所示。另外，配电线路中的中性母线和接线板过载过热等现象也是由于谐波叠加造成的。

图4三相四线供电制中的中线电流