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谐波对电器设备的影响分析
泰州机电高等职业技术学校 孔小丽 江苏泰州 225300 2021/2/22 19:43:08
摘要：在电气设备的正常运行中，谐波是较为常见的主要影响因素之一，其可以引起电气设备的电压不稳定和断路器的跳闸，对于电气设备中的中心线也会引起过热的现象，这些因素对于电气设备的使用寿命将造成严重的影响，无法发挥电气设备的最大功效，因此，分析谐波对电气设备的影响具有重要意义。
关键词：谐波；电气设备；影响
谐波电流供电系统已出现多年，开关电源、电子镇流器、高频电源等电力设备广泛应用于电子行业，家用电器、荧光灯等电气设备广泛应用于日常生活，以及大功率负荷运行的冶金、化工、熔炉、矿山以及整流设备等企业使用的变频调速设备，都会导致大负荷谐波电流注入电网，导致正弦波失真和电能质量严重下降。这不仅是对广大用户的严重威胁，也是对电力系统一些主要供电设备安全运行的严重威胁[1]。
一、谐波的产生
电力系统在理想的情况下，电压和电流都是纯正弦波。事实上，非正弦电流的形成事因为电流流过与外加电压没有线性关系的负载。电流与外加电压在只包含线性元件，如电容、电感和电阻的简单电路中是成正比关系，所以如果外加电压是正弦的，那么电流也是正弦的，如图1所示。负载线表示施加的负载和电压产生的电流之间的关系，图1所示的电压波形和电流波形对应于线性负载。需要注意的是，在无功元件的情况下，功率因数变低，电流和电压波形之间存在相移，但线路仍然是线性的。
图1
图2是当负载是简单的电容器和全波整流器时的情况。在这种情况下，电流流动仅在电源电压超过存储电容器上存储的电压时，即接近晶体正弦波电压的峰值，如负载线的形状所示。
图2
实际上，负载线（这里指的是电流波形）比本例中提到的要复杂得多。它可以是转弯、滞环的和某种不对称的形状，而且斜率也是任何随负载变化的周期波形，可以分解为基频正弦加上多个谐波频率正弦。基频的整数倍正是谐波频率。例如，当基频为50赫兹时，二次谐波为100赫兹，三次谐波为150赫兹。谐波电流需要分别研究，因为其在供电系统和设备中产生问题，其影响是不同的[2]。
二、谐波对建筑电气设计的影响
（1）对变压器的影响
谐波对建筑电气设计，特别是对变压器的影响很大。谐波会产生集肤效应，严重影响电压的输入和输出，其结果是变压器的内标参数会发生一定程度的变化，变压器电压的正常输出和输入受到严重影响。而且，谐波作为电流叠加在变压器上，使变压器受到巨大冲击，降低了变压器的使用寿命，增加了变压器的工作强度，增加了建筑电气设计的负担。变压器增加了运行负荷，同时也损耗增大，因此谐波影响变压器的正常运行。
（2）对导体的影响
谐波在电气设计中，对导体也有很大的影响。首先，它影响了电源的质量，增加了导体的损耗，特别是电容器介质的选择，不能成为理想的材料，很容易使导体容易发生短路或者断路情况。因此，谐波的影响也会波及到导体，从而导致对导体产生不良的影响，损耗是巨大的，对整个电力系统的影响都很大。其次，由于谐波的产生，也影响了中性线，它在一定程度上会导致线路损耗，进而发生相线过载，对整个电力系统产生巨大的影响。
（3）对电容器的影响
谐波的出现，对于电容器的影响也是非常大。由于电容器在测试过程中存在过载和附加损耗，容易造成一定的损耗，导致整个电气设计系统的故障。而由于谐波的存在，对整个电气系统产生大面积的影响，会使电气设计系统中的电容器和气压元件产生共振，与电容器相连的设备、系统、线路的最严重会出现烧毁的情况，影响严重。因此，谐波对电容器的影响是非常严重的。
（4）对继电器的影响
控制和保护设备是根据在电气工作时，所施加的电流或电压的正弦波和工业频率来设计的。谐波的产生，会导致工作条件受到严重干扰，甚至是造成操作失误、停产，严重的会造成安全事故。继电保护的动作特性受到谐波的影响，对于继电保护的影响是降低或者失真，从而导致保护装置经常的误动或是拒动。谐波的影响根据不同类型继电器的工作原理和设计性能，所影响的程度也是有差别的。其一是整流继电器，在某些条件下，如由于电流中的谐波分量较大，致使输电线路对地短路，导致整流型保护装置拒动。其二是感应继电器，动作速度慢，可动部分惯性大，因此谐波对其影响并不是很大。在磁场的作用下，继电器中的圆盘或圆筒会产生感应电流。该电流会与空间中的另一个磁场相互作用，产生电磁转矩，驱动圆柱体或磁盘旋转。（未完，下一页）
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