关于谐波抑制以及谐波和无功功率的产生解析

人类社会的进步离不开社会上各行各业的努力，各种各样的电子产品的更新换代离不开我们的设计者的努力，其实很多人并不会去了解电子产品的组成，比如谐波。

1.何为谐波?

电力系统谐波的根本原因是非线性负载。当电流流过负载时，与外加电压不呈线性关系，形成非正弦电流，即在电路中产生谐波。谐波频率是基频的整数倍。根据法国数学家 M. Fourier 的分析原理，任何重复的波形都可以分解为包含基频和一系列基频倍数的谐波的正弦波重量。谐波是正弦波，每个谐波都有不同的频率、幅度和相位角。谐波可分为偶次和奇次。 3、5、7次为奇次谐波，2、4、6、8等次为偶次谐波。例如基波为50Hz时，2次谐波为100Hz，三次谐波为150Hz。

一般来说，奇次谐波比偶次谐波危害更大。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波被消除，只存在奇次谐波。对于三相整流负载，出现的谐波电流为6n±1次谐波。

2. 谐波抑制

为了解决电力电子设备等谐波源的谐波污染问题，有两种基本思路：一是安装谐波补偿装置，对谐波进行补偿，适用于各种谐波源;另一种是对电力电子设备本身进行改造，使其不产生谐波，功率因数可以控制为1。这当然只适用于作为谐波主要来源的电力电子设备。

安装谐波补偿装置的传统方法是使用 LC 调谐滤波器。这种方法既可以补偿谐波，又可以补偿无功，结构简单，得到了广泛的应用。这种方法的主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态的影响，容易与系统产生并联谐振，导致谐波放大，造成LC滤波器过载甚至烧毁.此外，它只能补偿固定频率的谐波，补偿效果并不理想。

3. 无功补偿

人们了解有功功率很容易，但要深入了解无功功率却并不容易。在正弦电路中，无功功率的概念是明确的，当存在谐波时，还没有公认的无功功率定义。但是，无功功率概念的重要性和对无功功率补偿重要性的理解是一致的。无功补偿应包括基波无功补偿和谐波无功补偿。

无功功率对供电系统和负载的运行非常重要。电力系统网络元件的阻抗主要是电感性的。因此，粗略地说，为了传输有功功率，需要发射端和接收端的电压存在相位差，可以在很宽的范围内实现;并且为了传输无功功率，要求两端的电压有一个幅值。可惜，这只能在很窄的范围内实现。不仅大多数网络组件消耗无功功率，大多数负载也需要消耗无功功率。网络组件和负载所需的无功功率必须从网络中的某处获得。显然，这些无功功率由发电机提供并远距离传输是不合理的，通常也是不可能的。一个合理的方法应该是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率。这就是无功功率补偿。

谐波和无功功率的产生

在工业和家庭用电负载中，阻性感性负载占很大比例。异步电机、变压器、荧光灯等都是典型的阻性负载。异步电动机和变压器消耗的无功功率在电力系统提供的无功功率中占很大比例。电力系统中的电抗器和架空线也会消耗一些无功功率。阻性负载必须吸收无功功率才能正常工作，这取决于其自身的性质。

电力电子器件等非线性器件也会消耗无功功率，尤其是各种相位控制器件。如相控整流器、相控交流功率调节电路、周期变换器等，运行时基波电流滞后于电网电压，消耗大量无功功率。此外，这些设备还会产生大量的谐波电流，谐波源会消耗无功功率。二极管整流电路的基波电流的相位与电网电压的相位大致相同，因此基本不消耗基波无功功率。但同时也会产生大量的谐波电流，所以也会消耗一定的无功功率。

本文只能带领大家对谐波有了初步的了解，对大家入门会有一定的帮助，同时需要不断总结，这样才能提高专业技能，也欢迎大家来讨论文章的一些知识点。