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非線性設備和諧波：檢查對電力系統的影響
諧波存在于各個領域，并且根據關注的領域，定義會有所不同。例如，我們將諧波定義為以固定間隔伴隨一次音調的泛音，該泛音是由一串或一列空氣沿其長度的精確分數振動產生的。
但是，在物理學領域，我們將諧波定義為振蕩或波的成分頻率。如果我們更徹底地研究這個定義，我們會發現它有點復雜。因此，在接下來的幾段中，我們將討論諧波以及非線性設備如何產生諧波。
什么是諧波以及諧波對設備的影響
根據定義，諧波是指頻率為參考波或信號頻率的整數倍（整數倍）的信號或波。我們可以進一步定義諧波，即信號或波的頻率與參考信號或波的頻率之比。
幾乎所有信號都由諧波頻率的能量以及基頻的能量組成。在無線通信領域，他們設計了發射器以諧波頻率發射名義上的能量。通常，無線設備的設計是針對單個頻率的。例如，智能手機的無線電只能連接到2.4 GHz頻段。
二極管，晶體管和其他組件通常是非線性的，可能導致必要的諧波計算
諧波頻率的信號輸出可能會干擾其他廣播或通信。例如，在92.3 MHz（FM頻帶）的廣播信號將在184.6 MHz處具有二次諧波，在276.9 MHz處具有三次諧波。而且，如果足夠強，那么所有或至少一些諧波信號可能會干擾其他無線服務。
非線性設備和諧波
在電力系統中，諧波是電流或電壓，是系統基頻的倍數。非線性設備或負載（例如飽和磁設備，放電燈和整流器）通過其作用產生這些諧波。
電網中的諧波頻率通常會影響系統功能，這會轉化為產生的電能的整體質量問題。電力系統中的諧波會轉化為電動機中的轉矩脈動，變速驅動器中的失火以及導體和設備中的發熱。
當前電力系統諧波
在典型的交流電源系統中，電流以特定頻率（通常為50或60赫茲）以正弦形式波動。當我們將線性電氣設備或負載連接到系統時，它將以與電壓相同的頻率汲取電流（正弦波），通常是異相的。但是，當您將非線性設備或負載連接到電力系統時，情況并非如此。
這是因為非線性負載會通過其作用產生電流諧波。而且，當我們將非線性器件（如整流器）連接到系統時，它將吸收通常不是正弦波的電流。更重要的是，取決于電流波形與系統中其他組件的相互作用以及設備或負載的類型，電流波形會變得有些復雜。無論復雜度如何，根據Fourier級數分析，電流波形都可以分解為基本正弦波。這些正弦波從電力系統的基頻開始，并以基頻的整數倍出現。
非線性設備或負載的其他示例包括：
印表機、電腦、熒光燈、變速驅動器、電池充電器
電力系統諧波的介紹
我們將諧波定義為基頻的正整數倍。基頻的三次倍數稱為三次諧波。正是這種確切的諧波類型是非線性設備或負載的作用的產物。這些類型的非線性器件包括半導體器件，即MOSFET，晶體管，二極管和IGBT（絕緣柵雙極晶體管）。
盡管半導體是諧波的主要提供者，但飽和變壓器也會產生諧波。就電動機而言，除非達到飽和水平，否則它們不會產生諧波。非線性設備或負載會引起基本諧波的干擾，從而產生其他類型的諧波。但是，我們將關注的諧波類型是三次諧波，因為它具有影響電力系統性能和功能的特定特性。
如您所知，電力系統通過相隔120度的三相系統來供電。當然，這種設計提供了更高的效率。通過設計為其負載供電后，它可以將相添加到中性線，從而彼此抵消。總體而言，該設計也具有成本效益。但是，如果三相中存在三次諧波，它們將不會相互抵消。
通常，這種情況會在中性線中產生振蕩電流，這當然是非常危險的。此外，這種危險是由于中性線的設計采用了較小（尺寸）的導體而只能承載最小的電流。因此，為了抵消三階諧波的影響，我們使用三角形連接。最后，這允許電流在連接周圍循環，而不是允許三相在中性線上合并。
注意：三角形連接是三相電氣繞組的三角形排列，其中電路的三根導線中的每一根都連接到兩個繞組的結點。
電壓諧波的影響
電流諧波是電壓諧波的主要貢獻者。電壓源及其提供的電壓會由于來自電源阻抗的電流諧波而失真。您可以限制電壓源的源阻抗。然后，電流諧波也會產生降低的電壓諧波。通常，與電流諧波相比，電壓諧波通常最小。
出于這個原因，我們可以使用電壓的基頻來近似電壓波形。請記住，如果使用此近似值，則電流諧波不會影響傳輸到負載的有功功率。
在整個電路設計過程中，盡量避免使晶體管挑戰變得不那么困難
使用非線性設備或負載時，諧波是不可避免的。它對電源系統的影響包括性能降低，效率降低，成本增加以及安全隱患。請記住，當涉及電力系統時，我們必須解決兩種形式的諧波。通常，在無線通信領域，諧波不僅會對所討論的設備產生負面影響，還會對其他服務產生負面影響。