交流电源中谐波失真的原因

我们知道交流电源中谐波失真的原因，现在我为大家做一个解答。

在交流电力系统中，发电机（交流发电机）的电源电压波形在理想状态下是零失真的单频正弦波。这种正弦电压加在某种类型的负载上时，负载产生的电流与电压与阻抗成比例，并遵循电压波形的包络线。这些负载被称为线性负载（负载中的电压和电流遵循对方和他们的纯正弦波不失真）。线性负载的例子有电阻加热器、白炽灯、恒速感应电动机和同步电动机。图1（a）显示了线性负载的电流和电压波形示例。

相反，一些负载是非线性负载，在每个半周期中，电流与电压的变化不成比例。电流波形是非正弦的，并且含有失真，因此在50或60 Hz的波形上叠加了许多附加的波形。这些附加电流波形的频率是基频的谐波，也就是说，它们是原始（基频）频率的倍数。图1（b）显示了非线性负载的电流和电压波形的例子。非线性负载的例子有电池充电器、电子镇流器、变频驱动器、交流电源控制器和开关电源。

这些电流畸变会使电源电压波形失真。然而，当一个刚性正弦电压源存在（当源有一个低阻抗路径，有足够的容量，使其上的负载不影响电压），没有必要担心电流失真造成电压失真。采样的电压波形离非线性负载越远，电压畸变越小。效果如图2所示。然而，如果你的非线性负载导致你的邻居的电源电压过度失真，你就有可能受到一些监管机构的指责。

计算这些电流谐波对电源电压波形的失真影响并不简单，因为您需要对系统阻抗有很好的了解。在图2中，左边的11kV主电源被认为是一个阻抗为零的“无限母线”。它通过源变压器阻抗Z向本地配电系统供电。然后通过分布阻抗Zd提供非线性负载。

非线性负载对局部配电电压的扭曲程度取决于许多因素。

谐波电流的大小。这些电流越高，失真越大。在这方面，一些负载设计比其他的差。一般来说，非线性负载上的负载越轻，各电流谐波的水平就越低。

分布阻抗Zd与源阻抗Zs之比。比率越高，电流畸变对配电电压畸变的影响越弱。这是因为这两个阻抗的分压器效应。

减少配电电压畸变的一个简单方法是有意在Zd两端增加附加阻抗。这通常是在一个线电感的形式。一个常见的例子是变频电机驱动器。输入整流电路（带电解电容滤波器的三相二极管桥）产生高水平的5次、7次、11次及以上谐波。然而，通过在每个输入端插入一个线路电感，每个线路频率约为负载阻抗的3%，配电电压的谐波失真显著降低。该技术也适用于单相非线性负载。

审核编辑 黄宇