繼上次我們說到，工業企業用電諧波的危害有多大？用電損耗在哪里？

想必大家對諧波也有了一定的了解，因此我們對非線性用電設備產生的諧波的治理似乎也迫在眉睫。

在這里補充一下諧波治理的意義：

第一，治理諧波可以提高設備運行的可靠性，提高設備的使用壽命;

第二，諧波的治理可以減少諧波對公共電網的污染;

第二，治理諧波可以減少無功補償的諧振機率;

第三，治理諧波可以減少對通訊設備的干擾，提高通訊信號質量。

顯然，從諧波的危害和治理諧波的意義兩個層面看，諧波治理對工業企業安全生產乃至長期穩定發展都有著不尋常的意義。

那今天，我們就繼續說一說后續治理問題。

電網諧波來自于3個方面：

1、發電源質量不高產生諧波：發電機由于三相繞組在制作上很難做到絕對對稱，鐵心也很難做到絕對均勻一致和其他一些原因，發電源多少也會產生一些諧波，但一般來說很少。

2、是輸配電系統產生諧波：輸配電系統中主要是電力變壓器產生諧波，由于變壓器鐵心的飽和，磁化曲線的非線性，加上設計變壓器時考慮經濟性，其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結構形式、鐵心的飽和程度有關。鐵心的飽和程度越高，變壓器工作點偏離線性越遠，諧波電流也就越大，其中3次諧波電流可達額定電流0.5%。

3、是用電設備產生的諧波：晶閘管整流設備。由于晶閘管整流在電力機車、鋁電解槽、充電裝置、開關電源等許多方面得到了越來越廣泛的應用，給電網造成了大量的諧波。我們知道，晶閘管整流裝置采用移相控制，從電網吸收的是缺角的正弦波，從而給電網留下的也是另一部分缺角的正弦波，顯然在留下部分中含有大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路，在接感性負載時則含有奇次諧波電流，其中3次諧波的含量可達基波的30%;接容性負載時則含有奇次諧波電壓，其諧波含量隨電容值的增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋6脈整流器，變壓器原邊及供電線路含有5次以上奇次諧波電流;如果是12脈沖整流器，也還有11次及以上奇次諧波電流。經統計表明：由整流裝置產生的諧波所占所有諧波的近40%，這是最大的諧波源。

電力系統中的諧波來自電氣設備，也就是說來自用電設備。由于發電機的轉子產生的磁場不可能是完善的正弦波，因此發電機發生的電壓波形不可能是一點不失真的正弦波。目前我國應用的發電機有兩大類：隱極機和凸極機。隱極機多用于汽輪發電機，凸極機多用于水輪發電機。

對于諧波分量而言，隱極機優于凸極機，但隨著科技進步，可控硅、IGBT等電子勵磁裝置的投入，使發電機的諧波分量有所上升。當發電機的端電壓高于額定電壓的10%以上時，由于電機的磁飽和，會使電壓的三次諧波明顯增加。同樣在變壓器的電源側電壓超過額定電壓10%以上時，也會使二次側電壓的三次諧波明顯增加。由于電網電壓便宜在±7%以下，所以發電、變電設備產生的諧波分量都比較小，比國家的考核標準低的多，因此發電、變電設備不是影響電網電壓波形方面質量的主要矛盾。

為此，影響電網電壓波形質量的主要矛盾是非線性用電設備，也就是說非線性用電設備是主要的諧波源，非線性用電設備主要有以下四大類：

?電弧加熱設備：如電弧爐、電焊機等。

?交流整流的直流用電設備：如電力機車、電解、電鍍等。

?交流整流再逆變用電設備：如變頻調速、變頻空調等。

?開關電源設備：如中頻爐、彩色電視機、電腦、電子整流器等。

這些用電設備都是非線性用電設備，但它們產生的諧波各不相同，具體舉例分析如下：

電弧加熱設備是由于電弧在70伏以上才會起弧，才會有弧電流，并且滅弧電壓略低于起弧電壓，造成弧電流與弧電壓的非線性。

此外，弧電流的波形還有一定的非對稱性。正是由于弧電流是非正弦波，造成電弧加熱設備對電網的諧波污染比較大，而且多為18次以下的低次諧波污染。其實電焊機在上世紀四、五十年代已廣泛應用。由于當時電弧加熱設備量少，電焊機應用的同時率就更小了，對整個電網的影響比較小，但發現在燒電焊時，局部低壓電網的電壓和電流變化很大，有較大的諧波影響。

交流整流直流用電設備的諧波產生的原因是由于整流設備有一個閥電壓，在小于閥電壓時，電流為零。這類用電設備為了提供平穩的直流電源，在整流設備中加入了儲能元件(濾波電容和濾波電感)，從而使閥電壓提高，加激了諧波的產生量。為了控制直流用電設備的電壓和電流，在整流設備中應用了可控硅，這使得該類設備的諧波污染更嚴重，而且諧波的次數比較低。

交流整流再逆變用電設備，在交流變直流過程中產生的諧波與上述的交流整流直流用電設備一樣，它在直流逆變成交流時又有逆變波形反射到交流電流，這類設備產生的諧波分量不僅有低次諧波，也有高次諧波。

雖然這類設備單臺容量比上述兩類設備容量要小，但它的分布面廣，數量多，是推廣使用的技術手段，因此它的諧波污染應引起足夠關注。

開關電源設備應用很廣，它的工作原理是先把交流整流成直流，通過開關管控制變壓器初級電流的開通和關閉，從而在變壓器二次側感應出電流，供給用電設備。此外，開關電源的頻率比較高一般在40KHz左右，不僅在整流時產生諧波，而且在開關管開閉時，反射40KHz左右的波至電源。這類用電設備同樣是單臺容量不大，但它是應用面最大、量最大的非線性用電設備，它還有一定量的三次諧波，造成配變的中心線電流居高不下，而且三次諧波還會通過配變污染到10KV電網。

通過對市場的常用用電器的諧波狀況的測試，我們了解到目前我國國內工業企業的諧波污染十分嚴重，尤其是早些年為了節能，引入的變頻電源和直流用電器的投入，其5次、7次、11次諧波電流的含量分別占基波的20%、11%、6%，這對于小功率的用戶而言，還不怎樣，但對于大功率的用戶來說，危害就很大了，對于中頻爐用戶，它用常規的無功補償就無法進行，有的用戶用常規的電容器無功補償，無法投入電容器，有的即便投入了，也對5次諧波電流放大了1.8~3.8倍以上，使得電動機、變壓器等用電器的銅損、鐵損大大地增加，縮短了設備的使用壽命，多交了電費。

諧波的治理主要采用無源濾波裝置和有源濾波器。

1、無源濾波裝置主要采用LC回路，并聯于系統中，LC回路的設定，只能針對于某一次諧波，即針對于某一個頻率為低阻抗，使得該頻率流經為其設定的LC回路，達到消除(濾除)某一頻率的諧波的目的。LC回路在濾除諧波的同時，在基波對系統進行無功補償。這種濾波裝置簡單，成本低，但不能濾波干凈。其主要元件為投切開關、電容器、電抗器以及保護和控制回路。

2、有源電力濾波器。這種濾波器是用電力電子元件產生一個大小相等，但方向相反的諧波電流，用以抵銷網絡中的諧波電流，這種裝置的主要元件是大功率電力電子器件，成本高，在其額定功率范圍內，原則上能全部濾除干凈。

綜 述

無源濾波

有源濾波