三次谐波产生原因

三次谐波简介

一种正弦波分量，其频率为复杂波的基频的三倍

在物理学和电类学科中都有三次谐波的概念 任何一个波函数都可以进行傅里叶分解：f（t）=∑（k=1，n）cos（kwt+ak），当k=1时的分量f（t）=cos（wt+a）成为基波分量，以此类推 当k=3时f（t）=cos（3wt+a3）称为三次谐波。

三次谐波污染主要存在于低压配电网中，以建筑系统最为严重。其对电网的危害主要有：功率损耗增加、设备寿命缩短、接地保护功能失常、遥控功能失常、电网过热等；对配电站会造成电子器件误动作、电容器损坏、附加磁场、中性线过载和电缆着火。

在电力系统中，正常供电频率是50HZ，所谓“三次谐波”，就是在50HZ的电路中，夹杂有150HZ的交流正弦波，这个150HZ的交流正弦波由于是50HZ的三倍，于是称之为三次谐波。

输电及配电系统规定：在频率恒定情况下，电压和电流均以正弦波波形运行。然而在非线性负荷接入系统时，产生的附加的谐波电流会引起电流和电压畸变。

三次谐波的产生原因

一般来说， 理想的交流电源应是纯正弦波形，但因现实世界中的输出阻抗及非线性负载的原因，，导致电源波形失真。 若电压频率是50Hz，，将失真的电压经傅立叶转换分析后，可将其电压组成分解为除了基频（50Hz）外，倍频（100Hz， 150Hz，…。。）成份的组合。其倍频的成份就称为谐波。

照明工程中大规模使用高强度气体放电灯、LED灯、荧光灯等，造成大量的谐波电流，因而只要电流波形不是正弦波，其中就包含了谐波电流的成分。

单相整流电路的电流是脉冲状的。如果三条相线上的电流是脉冲状的。由于脉冲很窄，因此当第一相上出现电流时，第二相和第三相上的电流为0.因此零线上不会发生抵消，相线上出现的每个电流脉冲也会出现在零线上。这种现象解释了当负载为计算机时，即使负载平衡，中线上仍然有电流的现象。

中线上的电流脉冲数是相线上的电流脉冲数的3倍，根据电流有效值的计算方法，中线上的电流会达到相线的1.7倍。如果整流电路的电流的脉宽大于60°，就会在中线上发生重叠现象，这时中线上的一部分电流发生抵消，实际的零线电流会小于相线电流的1.7倍。

现在建筑物中几乎所有的负载都是以整流电流为代表的非线性负载，因此，中线电流过大的问题十分普遍。

三次谐波的产生方式

产生三次谐波的非线性单相负荷主要有（不考虑暂态及非正常工作状态）：

（1）荧光灯、节能灯及其镇流器；

①市场调查表明，国内市场绝大多数的荧光灯电子镇流器三次谐波电流含量高达80%～90%；

②高档的电子镇流器三次谐波电流含量分三种标准：标准：其谐波电流含量《37%；标准：其谐波电流含量《30%；带灯丝预热控制的电子镇流器其谐波电流含量《10%。市场上的商品实际上达不到标准要求；

③节能型电感镇流器标准规定《20%，其中三次谐波电流含量占主要成分。

（2）电弧焊接设备（电弧的非线性类负荷）；

（3）计算机开关型电源及显示器（大型显示屏幕）；

（4）彩色电视机及监视器，如证券公司、体育场馆、商业中心和新闻中心的电视墙的显示幕墙。普通型彩色电视机可达127%，三次谐波电流含量高达90%；

（5）晶闸管调压电源（如加热器、调光器、电化学电源等）；

（6）晶闸管调功电源（如加热器、电化学电源等）；

（7）整流电源（如电器的工作电源、充电器、直流传动及电化学电源等）；

（8）开关型稳压电源及；

（9）变频器

①变频的家用电器，如空调、洗衣机、风机、泵、微波炉；

②工业及建筑用的调速电动机；

③中频电源。

三次谐波的影响

各次谐波在电路中的作用是不相同的，谐波的叠加与相序有关。同一电路中的某些谐波相互作用时，会相互减弱或相互抵消。但在更多的场合往往相互叠加，使波形发生明显的畸变。

（10）谐波励磁

在同步发电机的定子槽中嵌入一独立的绕组，利用气隙磁场中的三次谐波分量感应出三次谐波电动势，经可控整流后供给转子励磁电流的一种励磁方式。