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谐波 (电力)

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一体式荧光灯有使用整流器电路,属于非线性负载。图中的电流(红色波形)已有明显的畸变

电力系统中的谐波是指电压或是电流的频率是系统基频的倍数(谐波)。谐波一般是因为非线性元件或是负载所产生(例如整流器、萤光灯管或是磁饱和的磁性元件)。电网中的谐波是电力品质英语Electric power quality中常见的问题。电厂的谐波会造成设备以及导线额外的发热、可能会让闸流体整流模组误触发(misfiring),或者造成马达的转矩脉动。

谐波一般会用二种不同的方式分类:信号的种类(电流、电压),以及谐波的次数(奇次、偶次、三次、或是非三次的奇次)。若是三相系统,还可以依照其相序来分类:正序、负序以及零序。

电流谐波

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在交流电源系统,电压会是固定频率(例如50Hz或60Hz)的弦波。若电源系统接的负载是线性英语linear circuit非时变负载,其抽取的电流也是弦波,频率和电源电压的频率相同(不过可能会有相位差)[1]:2

电流谐波是因为非线性负载所造成。非线性负载(例如整流器)所抽取的电流就不一定是弦波了。依照负载种类的不同,以及负载和系统其他元件之间的交互作用,其电流波形的畸变(和弦波差异的程度)可能会相当复杂。不过不管电流波形多复杂,可以用傅里叶级数变换将复杂的波形分解为一系统的简单弦波,最低频率是电源的频率(基频),其他频率则是基频的整数倍。

电力工程学中的谐波定义是基频的整数倍,因此三次谐波就是频率为三倍基频的谐波。

电压谐波

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大部分的电压谐波是由电流谐波而产生的。因为存在电源阻抗,电流谐波也会让电压源提供的电压出现变形。若电压源的阻抗很小,电流谐波所造成的电压谐波也会很小。一般来说的电压谐波也的确小于电流谐波,因此,电压波形就可以用基频电压来近似,若以此方式近似,电流谐波不会影响传送到负载的实功。不过若将电压的高次谐波也考虑进来,电流谐波就会影响传送到负载的实功。

相关条目

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延伸阅读

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参考资料

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  1. ^ Das, J. C. Power System Harmonics and Passive Filter Design. Wiley, IEEE Press. 2015. ISBN 978-1-118-86162-2. To distinguish between linear and nonlinear loads, we may say that linear time-invariant loads are characterized so that an application of a sinusoidal voltage results in a sinusoidal flow of current.