谐波的危害及抑制措施

随着电力电子装置的广泛应用，将大量的谐波和无功功率注入电网，使电网的电能质量下降，引起“电网污染”问题，因此，认识和分析电力电子装置谐波产生的原因及其危害，探讨抑制谐波方法，防止电网污染，提高电网利用效率已成为电力电子技术中的一个重大研究课题。

1.谐波的危害

电网中日益严重的谐波污染常常对设备的工作产生严重的影响，其危害一般表现为：

（1）谐波电流使输电电缆损耗增大，输电能力降低，绝缘加速老化，泄漏电流增大，严重的甚至引起放电击穿。

（2）使电动机损耗增大，发热增加，过载能力、寿命和效率降低，甚至造成设备损坏。

（3）容易使电网与用作补偿电网无功功率的并联电容器发生谐振，造成过电压或过电流，使电容器绝缘老化甚至烧坏。

（4）谐波电流流过变压器绕组，增大附加损耗，使绕组发热，加速绝缘老化，并发出噪声。

（5）使大功率电动机的励磁系统受到干扰而影响正常工作。

（6）影响电子设备的正常工作，如使某些电气测量仪表受谐波的影响而造成误差，导致继电保护和自动装置误动作，对邻近的通信系统产生干扰，非整数和超低频谐波会使一些视听设备受到影响，使计算机自动控制设备受到干扰而造成程序运行不正常等。

2.谐波的抑制

为了抑制电网中的谐波，减小谐波的危害，除了科学化、法制化管理外，还要采取积极有效的技术措施，目前采用的技术主要有：

（1）多脉波变流技术对于大功率电力电子装置，常将原来6脉波的变流器设计成12脉波或24脉波变流器，以减少交流侧的谐波电流含量。

（2）脉宽调制技术的基本思想是控制PWM（脉冲宽度调制）输出波形的各个转换时刻，保证1/4波形的对称性。使需要消除的谐波幅值为零，基波幅值为给定量，达到消除指定谐波和控制基波幅值的目的。

（3）多电平变流技术针对各种电力电子变流器采用移相多重法、顺序控制和非对称控制多重化等方法，将方波电流或电压叠加，使得变流器在交流电网侧产生的电流或电压为接近正弦的阶梯波，且与电源电压保持一定的相位关系。

（4）安装电力滤波器，提高滤波性能。

项目小结

（1）由集成运算放大器组成的方波发生器，主要是利用电压比较而输出对应的高低电平。常用运算放大器比较输出方波的电压比较器有滞回比较器、零电平比较器。(www.xing528.com)

（2）滞回特性比较器在实际工作时，如果ui恰好在过零值附近，则由于零点漂移的存在，uo将不断由一个极限值转换到另一个极限值，这在控制系统中，对执行机构是很不利的。

（3）过零比较器主要用来将输入信号与零电位进行比较，以决定输出电压的极性。

（4）在实用电路中，三角波信号一般是将方波信号通过积分电路后转换而得到的。

（5）非正弦周期信号可以看成多个不同频率的正弦信号叠加而得到。

（6）如果给定的周期函数f（t）满足狄里赫利条件的周期函数，都可展开为一个收敛的正弦函数级数。其表达式为

其中，两式中的各个系数与f（t）间具有一定的关系。在该展开式中，a0称为周期函数f（t）的恒定分量，也称为直流分量；与原周期函数的周期相同的正弦分量A1mcos（ωt+ψ1）称为一次谐波，也称为基波分量；其他各项称为高次谐波（如二次谐波、三次谐波等）。

（7）谐波的危害表现为：使输电电缆损耗增大、输电能力降低、绝缘加速老化、泄漏电流增大、严重的甚至引起放电击穿、使电动机损耗增大，发热增加，过载能力、寿命和效率降低，甚至造成设备损坏等。

（8）谐波的抑制技术有多脉波变流技术、脉宽调制技术、多电平变流技术、安装电力滤波器等。

思考题

1.简述滞回比较器和过零点比较器的工作原理。

2.简述三角波发生器电路的组成和工作原理。

3.试写出傅里叶级数的表达式，并写出基波、二次谐波、三次谐波的频率大小？

4.谐波的危害有哪些？谐波的抑制技术有哪些？

5.试写出信号发生器产生方波的步骤。

项目考核卡