非線性負(fù)載產(chǎn)生諧波的原因及危害

在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，非線性負(fù)載的應(yīng)用日益廣泛，隨之而來的諧波問題也引起了廣泛關(guān)注。諧波的產(chǎn)生不僅影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，還會對各類電氣設(shè)備造成嚴(yán)重危害。本文將深入探討非線性負(fù)載為什么會產(chǎn)生諧波，并分析其帶來的主要危害。

非線性負(fù)載是指在電路中電流與電壓不成比例的負(fù)載。當(dāng)電流流經(jīng)這些負(fù)載時，其波形會發(fā)生畸變，不再是正弦波，從而產(chǎn)生諧波。諧波是頻率為基波頻率整數(shù)倍的正弦波分量，根據(jù)傅立葉分析原理，任何重復(fù)的波形都可以分解為基波和一系列諧波分量。

一、非線性負(fù)載產(chǎn)生諧波的原因主要有以下幾點：

1、非線性元件的工作特性：

非線性負(fù)載通常包含晶體管和二極管等電子元件。這些元件在工作時會表現(xiàn)出非線性特性，即電流與電壓之間的關(guān)系不符合歐姆定律。當(dāng)這些元件工作在過飽和或剪切區(qū)域時，輸入電壓和輸出電流之間呈現(xiàn)出非線性關(guān)系，從而導(dǎo)致電流波形的畸變，產(chǎn)生諧波。

2、非線性電導(dǎo)特性：

在線性電路中，電導(dǎo)是常數(shù)，而在非線性負(fù)載中，電導(dǎo)隨輸入信號的幅值變化而變化。這種非線性電導(dǎo)特性會導(dǎo)致輸入信號的頻譜發(fā)生變化，從而在輸出信號中產(chǎn)生諧波成分。

3、非線性響應(yīng)：

當(dāng)輸入信號的頻率非常高或者幅值非常大時，非線性負(fù)載會對輸入信號做出非線性的響應(yīng)，導(dǎo)致輸入信號發(fā)生扭曲，進(jìn)而在輸出信號中出現(xiàn)諧波成分。

4、元件本身的諧波生成能力：

非線性元件中電流與電壓之間的關(guān)系無法通過簡單的線性函數(shù)來描述，這種非線性關(guān)系會造成輸入信號與輸出信號之間存在非線性失真，進(jìn)而產(chǎn)生諧波成分。

二、非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波對電力系統(tǒng)及設(shè)備主要危害包括：

1、影響供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行：

諧波會導(dǎo)致供配電系統(tǒng)中的電力線路與電力變壓器產(chǎn)生額外的損耗，影響線路的穩(wěn)定運(yùn)行。諧波還可能引起繼電保護(hù)和自動裝置的誤動作，威脅系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

2、降低電網(wǎng)質(zhì)量：

電力系統(tǒng)中的諧波會使電網(wǎng)的電壓與電流波形發(fā)生畸變，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓降低，浪費(fèi)電網(wǎng)容量。例如，民用配電系統(tǒng)中的中性線由于大量奇次諧波的存在，可能導(dǎo)致電流值超過相線上的電流。

3、對電力設(shè)備的危害：

諧波會增加電力設(shè)備的損耗，導(dǎo)致設(shè)備過熱、振動和噪聲，縮短設(shè)備的使用壽命。例如，電力電容器在諧波影響下會異常發(fā)熱，老化加速，甚至可能鼓肚、擊穿或爆炸。

4、對用電設(shè)備的危害：

諧波對電動機(jī)等用電設(shè)備的影響主要表現(xiàn)為增加附加損耗，降低效率，嚴(yán)重時使設(shè)備過熱。此外，諧波還可能導(dǎo)致電子設(shè)備、通信設(shè)備和弱電系統(tǒng)出現(xiàn)干擾和誤動作。

5、影響電力測量的準(zhǔn)確性：

目前采用的電力測量儀表中有磁電型和感應(yīng)型，它們受諧波的影響較大。特別是電能表，當(dāng)諧波較大時將產(chǎn)生計量混亂，測量不準(zhǔn)確。

綜上所述，非線性負(fù)載產(chǎn)生諧波的原因主要與其非線性工作特性、電導(dǎo)特性、非線性響應(yīng)以及元件本身的諧波生成能力有關(guān)。諧波的產(chǎn)生不僅影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，還會對各類電氣設(shè)備造成嚴(yán)重危害。因此，對諧波進(jìn)行有效的監(jiān)測和治理，是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施。

審核編輯 黃宇