非线性设备如何产生谐波 电压谐波的影响有哪些

谐波存在于各个领域，并且根据关注的领域，定义会有所不同。例如，我们将谐波定义为以固定间隔伴随一次音调的泛音，该泛音是由一串或一列空气沿其长度的精确分数振动产生的。

但是，在物理学领域，我们将谐波定义为振荡或波的成分频率。如果我们更彻底地研究这个定义，我们会发现它有点复杂。因此，在接下来的几段中，我们将讨论谐波以及非线性设备如何产生谐波。

什么是谐波以及谐波对设备的影响

根据定义，谐波是指频率为参考波或信号频率的整数倍（整数倍）的信号或波。我们可以进一步定义谐波，即信号或波的频率与参考信号或波的频率之比。

几乎所有信号都由谐波频率的能量以及基频的能量组成。在无线通信领域，他们设计了发射器以谐波频率发射名义上的能量。通常，无线设备的设计是针对单个频率的。例如，智能手机的无线电只能连接到2.4 GHz频段。

 

二极管，晶体管和其他组件通常是非线性的，可能导致必要的谐波计算

谐波频率的信号输出可能会干扰其他广播或通信。例如，在92.3 MHz（FM频带）的广播信号将在184.6 MHz处具有二次谐波，在276.9 MHz处具有三次谐波。而且，如果足够强，那么所有或至少一些谐波信号可能会干扰其他无线服务。

非线性设备和谐波

在电力系统中，谐波是电流或电压，是系统基频的倍数。非线性设备或负载（例如饱和磁设备，放电灯和整流器）通过其作用产生这些谐波。

电网中的谐波频率通常会影响系统功能，这会转化为产生的电能的整体质量问题。电力系统中的谐波会转化为电动机中的转矩脉动，变速驱动器中的失火以及导体和设备中的发热。

当前电力系统谐波

在典型的交流电源系统中，电流以特定频率（通常为50或60赫兹）以正弦形式波动。当我们将线性电气设备或负载连接到系统时，它将以与电压相同的频率汲取电流（正弦波），通常是异相的。但是，当您将非线性设备或负载连接到电力系统时，情况并非如此。

这是因为非线性负载会通过其作用产生电流谐波。而且，当我们将非线性器件（如整流器）连接到系统时，它将吸收通常不是正弦波的电流。更重要的是，取决于电流波形与系统中其他组件的相互作用以及设备或负载的类型，电流波形会变得有些复杂。无论复杂度如何，根据Fourier级数分析，电流波形都可以分解为基本正弦波。这些正弦波从电力系统的基频开始，并以基频的整数倍出现。

非线性设备或负载的其他示例包括：

印表机、电脑、荧光灯、变速驱动器、电池充电器

电力系统谐波的介绍

我们将谐波定义为基频的正整数倍。基频的三次倍数称为三次谐波。正是这种确切的谐波类型是非线性设备或负载的作用的产物。这些类型的非线性器件包括半导体器件，即MOSFET，晶体管，二极管和IGBT（绝缘栅双极晶体管）。

尽管半导体是谐波的主要提供者，但饱和变压器也会产生谐波。就电动机而言，除非达到饱和水平，否则它们不会产生谐波。非线性设备或负载会引起基本谐波的干扰，从而产生其他类型的谐波。但是，我们将关注的谐波类型是三次谐波，因为它具有影响电力系统性能和功能的特定特性。

如您所知，电力系统通过相隔120度的三相系统来供电。当然，这种设计提供了更高的效率。通过设计为其负载供电后，它可以将相添加到中性线，从而彼此抵消。总体而言，该设计也具有成本效益。但是，如果三相中存在三次谐波，它们将不会相互抵消。

通常，这种情况会在中性线中产生振荡电流，这当然是非常危险的。此外，这种危险是由于中性线的设计采用了较小（尺寸）的导体而只能承载最小的电流。因此，为了抵消三阶谐波的影响，我们使用三角形连接。最后，这允许电流在连接周围循环，而不是允许三相在中性线上合并。

注意：三角形连接是三相电气绕组的三角形排列，其中电路的三根导线中的每一根都连接到两个绕组的结点。

电压谐波的影响

电流谐波是电压谐波的主要贡献者。电压源及其提供的电压会由于来自电源阻抗的电流谐波而失真。您可以限制电压源的源阻抗。然后，电流谐波也会产生降低的电压谐波。通常，与电流谐波相比，电压谐波通常最小。

出于这个原因，我们可以使用电压的基频来近似电压波形。请记住，如果使用此近似值，则电流谐波不会影响传输到负载的有功功率。

在整个电路设计过程中，尽量避免使晶体管挑战变得不那么困难

使用非线性设备或负载时，谐波是不可避免的。它对电源系统的影响包括性能降低，效率降低，成本增加以及安全隐患。请记住，当涉及电力系统时，我们必须解决两种形式的谐波。通常，在无线通信领域，谐波不仅会对所讨论的设备产生负面影响，还会对其他服务产生负面影响。
编辑：hfy