老司机为你科普什么是谐波？电力系统谐波怎么产生的？

01 谐波的含义

在振动学里认为一个振动产生的波里具有一定频率的振幅最大的正弦波叫基波。其他高于基波频率的小波就叫作谐波。

电力系统对谐波的定义：对周期性非正弦电量(电压或电流)进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。

（基波及其表达式）

（基波及2.3.4次谐波）

（掺入2.3.4次谐波后的复合波）

02 谐波的产生

电力系统是由发电、变电、输配电和用电这四个环节所组成的整体，每个环节均有可能产生谐波。

发电环节：略...

变电环节：略...

输配电环节：略...

用电环节：用电系统中谐波主要是由非线性负载引起，由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变产生谐波。主要非线性负载有UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等。

三次谐波公式：

复合波公式：

03 非线性设备含义

简言之，设备中产生的电流波形是断续的或突变的，它不是一个可采用线性法则进行运算的连续函数，一般要采用傅里叶级数来描述它。

例如：

上图为三相整流回路，整流后的电流波形为阶梯方波，右图是按傅里叶级数展开后的频谱，可以看出五次和七次谐波比例很高。

又如：

上图为单相整流回路，整流后的电流波形为断续波形，右图是按傅里叶级数展开后的频谱，其中三次谐波比例很高。

04 三次谐波电流的特殊性

三次谐波电流主要是由单相非线性负载（如荧光灯，节能灯及镇流器等）产生的。

因其频率的特殊性，三次谐波在电网中性线上产生的后果尤为严重。在三相电网中，基波各相的相位差为 120°；而三次谐波相位差为360°。

由下图可见，各相线内的三次谐波电流在中性线上汇集时，其瞬时值是直接同相相加的，故中性线上的三次谐波电流一般为约为3倍的相线上的三次谐波电流，甚至会大于相线上的基波电流。

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