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非線性設(shè)備和諧波：檢查對電力系統(tǒng)的影響
諧波存在于各個(gè)領(lǐng)域，并且根據(jù)關(guān)注的領(lǐng)域，定義會(huì)有所不同。例如，我們將諧波定義為以固定間隔伴隨一次音調(diào)的泛音，該泛音是由一串或一列空氣沿其長度的精確分?jǐn)?shù)振動(dòng)產(chǎn)生的。
但是，在物理學(xué)領(lǐng)域，我們將諧波定義為振蕩或波的成分頻率。如果我們更徹底地研究這個(gè)定義，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)它有點(diǎn)復(fù)雜。因此，在接下來的幾段中，我們將討論諧波以及非線性設(shè)備如何產(chǎn)生諧波。
什么是諧波以及諧波對設(shè)備的影響
根據(jù)定義，諧波是指頻率為參考波或信號頻率的整數(shù)倍（整數(shù)倍）的信號或波。我們可以進(jìn)一步定義諧波，即信號或波的頻率與參考信號或波的頻率之比。
幾乎所有信號都由諧波頻率的能量以及基頻的能量組成。在無線通信領(lǐng)域，他們設(shè)計(jì)了發(fā)射器以諧波頻率發(fā)射名義上的能量。通常，無線設(shè)備的設(shè)計(jì)是針對單個(gè)頻率的。例如，智能手機(jī)的無線電只能連接到2.4 GHz頻段。
二極管，晶體管和其他組件通常是非線性的，可能導(dǎo)致必要的諧波計(jì)算
諧波頻率的信號輸出可能會(huì)干擾其他廣播或通信。例如，在92.3 MHz（FM頻帶）的廣播信號將在184.6 MHz處具有二次諧波，在276.9 MHz處具有三次諧波。而且，如果足夠強(qiáng)，那么所有或至少一些諧波信號可能會(huì)干擾其他無線服務(wù)。
非線性設(shè)備和諧波
在電力系統(tǒng)中，諧波是電流或電壓，是系統(tǒng)基頻的倍數(shù)。非線性設(shè)備或負(fù)載（例如飽和磁設(shè)備，放電燈和整流器）通過其作用產(chǎn)生這些諧波。
電網(wǎng)中的諧波頻率通常會(huì)影響系統(tǒng)功能，這會(huì)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生的電能的整體質(zhì)量問題。電力系統(tǒng)中的諧波會(huì)轉(zhuǎn)化為電動(dòng)機(jī)中的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，變速驅(qū)動(dòng)器中的失火以及導(dǎo)體和設(shè)備中的發(fā)熱。
當(dāng)前電力系統(tǒng)諧波
在典型的交流電源系統(tǒng)中，電流以特定頻率（通常為50或60赫茲）以正弦形式波動(dòng)。當(dāng)我們將線性電氣設(shè)備或負(fù)載連接到系統(tǒng)時(shí)，它將以與電壓相同的頻率汲取電流（正弦波），通常是異相的。但是，當(dāng)您將非線性設(shè)備或負(fù)載連接到電力系統(tǒng)時(shí)，情況并非如此。
這是因?yàn)榉蔷€性負(fù)載會(huì)通過其作用產(chǎn)生電流諧波。而且，當(dāng)我們將非線性器件（如整流器）連接到系統(tǒng)時(shí)，它將吸收通常不是正弦波的電流。更重要的是，取決于電流波形與系統(tǒng)中其他組件的相互作用以及設(shè)備或負(fù)載的類型，電流波形會(huì)變得有些復(fù)雜。無論復(fù)雜度如何，根據(jù)Fourier級數(shù)分析，電流波形都可以分解為基本正弦波。這些正弦波從電力系統(tǒng)的基頻開始，并以基頻的整數(shù)倍出現(xiàn)。
非線性設(shè)備或負(fù)載的其他示例包括：
印表機(jī)、電腦、熒光燈、變速驅(qū)動(dòng)器、電池充電器
電力系統(tǒng)諧波的介紹
我們將諧波定義為基頻的正整數(shù)倍。基頻的三次倍數(shù)稱為三次諧波。正是這種確切的諧波類型是非線性設(shè)備或負(fù)載的作用的產(chǎn)物。這些類型的非線性器件包括半導(dǎo)體器件，即MOSFET，晶體管，二極管和IGBT（絕緣柵雙極晶體管）。
盡管半導(dǎo)體是諧波的主要提供者，但飽和變壓器也會(huì)產(chǎn)生諧波。就電動(dòng)機(jī)而言，除非達(dá)到飽和水平，否則它們不會(huì)產(chǎn)生諧波。非線性設(shè)備或負(fù)載會(huì)引起基本諧波的干擾，從而產(chǎn)生其他類型的諧波。但是，我們將關(guān)注的諧波類型是三次諧波，因?yàn)樗哂杏绊戨娏ο到y(tǒng)性能和功能的特定特性。
如您所知，電力系統(tǒng)通過相隔120度的三相系統(tǒng)來供電。當(dāng)然，這種設(shè)計(jì)提供了更高的效率。通過設(shè)計(jì)為其負(fù)載供電后，它可以將相添加到中性線，從而彼此抵消。總體而言，該設(shè)計(jì)也具有成本效益。但是，如果三相中存在三次諧波，它們將不會(huì)相互抵消。
通常，這種情況會(huì)在中性線中產(chǎn)生振蕩電流，這當(dāng)然是非常危險(xiǎn)的。此外，這種危險(xiǎn)是由于中性線的設(shè)計(jì)采用了較小（尺寸）的導(dǎo)體而只能承載最小的電流。因此，為了抵消三階諧波的影響，我們使用三角形連接。最后，這允許電流在連接周圍循環(huán)，而不是允許三相在中性線上合并。
注意：三角形連接是三相電氣繞組的三角形排列，其中電路的三根導(dǎo)線中的每一根都連接到兩個(gè)繞組的結(jié)點(diǎn)。
電壓諧波的影響
電流諧波是電壓諧波的主要貢獻(xiàn)者。電壓源及其提供的電壓會(huì)由于來自電源阻抗的電流諧波而失真。您可以限制電壓源的源阻抗。然后，電流諧波也會(huì)產(chǎn)生降低的電壓諧波。通常，與電流諧波相比，電壓諧波通常最小。
出于這個(gè)原因，我們可以使用電壓的基頻來近似電壓波形。請記住，如果使用此近似值，則電流諧波不會(huì)影響傳輸?shù)截?fù)載的有功功率。
在整個(gè)電路設(shè)計(jì)過程中，盡量避免使晶體管挑戰(zhàn)變得不那么困難
使用非線性設(shè)備或負(fù)載時(shí)，諧波是不可避免的。它對電源系統(tǒng)的影響包括性能降低，效率降低，成本增加以及安全隱患。請記住，當(dāng)涉及電力系統(tǒng)時(shí)，我們必須解決兩種形式的諧波。通常，在無線通信領(lǐng)域，諧波不僅會(huì)對所討論的設(shè)備產(chǎn)生負(fù)面影響，還會(huì)對其他服務(wù)產(chǎn)生負(fù)面影響。