怎样识别谐波源负载

时间：2020-01-05作者：北京航天爱威电子技术有限公司浏览：665

 　　工业、商业、医疗领域设备的种类繁多，哪些设备是谐波源负载?哪些设备不是谐波源负载?掌握识别谐波源负载的方法十分重要。当电网上的谐波源负载较多时，就要考虑谐波控制的问题。

　　从理论上讲，看一个负载是否产生谐波电流，就是看它的电压与电流是否是线性的关系。如果是非线性关系，就是谐波源。按照这个原则就能够区分出所有的谐波源负载。

　　实际上，经常遇到的谐波源主要有两类，整流电路和相控调功电路。

　　整流电路广泛应用在变频器、中频炉、直流电机驱动器、UPS电源，以及各类电子设备的场合。相控调功电路电路采用可控硅调整导通角，从而控制灯光的强弱或电炉的温度。

　　需要注意的一点是，二极管构成的整流电路本身并不会产生严重的谐波，只有当整流电路的后面连接了纹波滤波电容以后，才会产生严重的谐波电流。很多教科书中，在分析整流电路产生的谐波电流时，没有考虑滤波电容的情况，这与实际情况相差很远。

　　为了简化对问题的分析，我们从单相整流电路的分析开始，三相整流电路产生谐波电流的机理与此相同。

　　图1所示的是一个带滤波电容的单相整流电路，大部分整流电路中都包含这个电容，否则直流电压的纹波很大。电容上电压保持在接近交流电峰值的电平。当交流电的电压低于电容上的电压时，电网上没有电流流入负载。这时，负载的电流由电容供给，随着输出电流，电容的电压开始降低，在某个时刻，交流电的电压会**电容上的电压，这时，电网上才会有电流流入电容(给电容充电，使电容上的电压升高)和负载中。因此，电网仅在接近电压峰值的时刻向负载输入电流，电流的形状为脉冲状，如图1所示。根据付立业分析，这种脉冲状电流中包含了丰富的谐波成分。

　　图1 单相整流器的电路与电压、电流波形

　　同样的道理，3相整流器也会产生谐波电流，但是这时对应每个基波的波峰，不是一个脉冲电流，而是两个脉冲电流，如图2所示。

　　无论单相整流器还是三相整流器，他们的电流波形都发生了畸变，不再是正弦波电流，因此包含了谐波成份。

　　图2 三相整流器的电路与电压、电流波形

　　带有滤波电容的整流器从电网吸取脉冲电流。单相整流电路在每个交流电周期内，产生两个脉冲电流，称为2脉整流器;对于3相整流电路，每个周期产生6个脉冲电流，称为6脉整流器。除此以外，还有12脉整流器、18脉整流器等。

　　整流器所产生的谐波的种类与整流器脉数有关，具体关系如下：

　　M = PN ± 1

　　式中：

　　M = 整流器产生的谐波次数

　　P = 整流器的脉数

　　N取自然数。

　　图3是常见信息设备的电流波形及谐波畸变率。

　　图3 典型信息设备的电流波形

　　图4是变频器的输入电流波形与电压波形，图中的双峰波形时电流波形，其中包含了丰富的谐波成分，主要是5次和7次谐波。

　　图4 变频器的谐波电流波形

　　在分析一台设备是否是谐波源时，只要看他的电源输入电路是否为整流电路，或者晶闸管调功电路。如果是，就要考虑控制谐波电流的问题。

　　对于三相设备，可以使用HTHF谐波滤波器。但是在订货时，要明确是普通整流电路，还是相控调功电路。如果不能确定时，要向设备的厂商咨询。对于整流电路的设备，使用HTHF滤波器后，可以**总谐波电流畸变率THID小于8%，对于相控调功电路，使用HTHF滤波器后，可以**总谐波电流畸变率THID小于15%。

　　对于单相设备，可以使用SPHF单相谐波滤波器。SPHF单相谐波滤波器是专门为了电脑等信息设备开发的设备，能够有效减小3次以上的各次谐波电流，消除3次谐波电流导致的零线过热引起的火灾隐患。还能保护电脑等设备免受雷电的伤害，是现代化办公环境中理想设备。


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