摘要：電源諧波是影響電能質(zhì)量的重要因素，它嚴(yán)重污染了電力系統(tǒng)，降低了電力電子設(shè)備的性能。本文對(duì)電源諧波的來源和危害進(jìn)行了分析和探討，且提出了抑制建筑電氣設(shè)計(jì)中電源諧波的方法。

關(guān)鍵詞：電源諧波，電力系統(tǒng)，電能污染，諧波抑制

在建筑電氣設(shè)計(jì)時(shí)，為了給人類提供健康舒適的生活空間，電氣設(shè)計(jì)人員開始對(duì)供電質(zhì)量和可靠性有了越來越嚴(yán)格的要求，然而供電系統(tǒng)的諧波是影響電能質(zhì)量的一個(gè)重要原因，它給建筑電力系統(tǒng)造成了電能污染，對(duì)智能建筑功能產(chǎn)生了重要影響，還會(huì)降低電子設(shè)備的性能，對(duì)于建筑電氣設(shè)計(jì)中的電源諧波問題，本文進(jìn)行了初步探討和分析，并提出了電源諧波的抑制方法。

1電源諧波產(chǎn)生的原因

1.1變壓器

變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵心（磁芯）。一般情況下，變壓器的諧波主要是磁路非線性引發(fā)的，因?yàn)榉钦也ㄐ问亲儔浩鞯膭?lì)磁電流具備的特征，無論是平頂波還是尖頂波都含有奇次諧波，并且這兩種波形含有的次諧波量是最大的，但是，變壓器不是任何工作狀態(tài)下都產(chǎn)生電源諧波的，變壓器在正常工作的狀態(tài)下產(chǎn)生的諧波含量是比較小的，因?yàn)樵陬~定負(fù)載下，電流波形接近正弦波，而波形畸變是可以忽略的。然而當(dāng)額定電壓空載或輕載時(shí)，鐵心工作就進(jìn)入了飽和區(qū)，變壓器的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就會(huì)在勵(lì)磁電流產(chǎn)生壓降的情形下包含諧波分量。

1.2電力電子變流裝置

電力電子裝置由各類電力電子電路組成的裝置。電力電子變流裝置的諧波是當(dāng)諧波電流進(jìn)入電力系統(tǒng)后在電力系統(tǒng)內(nèi)被壓降，使電力系統(tǒng)中電壓產(chǎn)生畸變。而隨著家用電器和電力電子設(shè)備的廣泛使用，這便給電力系統(tǒng)帶來了恒定的諧波，因?yàn)殡娏﹄娮釉O(shè)備本身的工作性質(zhì)決定設(shè)備會(huì)產(chǎn)生諧波含量，而且當(dāng)電機(jī)負(fù)載的電感量比較少時(shí)，變頻器流入的電流就是電流尖峰，這尖峰中的諧波含量更高。

1.3交流調(diào)壓電器

交流調(diào)壓電器可分為通斷控制調(diào)壓稱交流調(diào)功器和移相控制調(diào)壓稱交流調(diào)壓器。通斷控制的調(diào)壓器稱交流調(diào)功器是將晶閘管作為開關(guān)，將負(fù)載與電源間接通幾個(gè)周波，又?jǐn)嚅_幾個(gè)周波，循環(huán)如此，這種控制方式就會(huì)使輸入電流出現(xiàn)了含量很高的分?jǐn)?shù)次特征諧波。移相控制調(diào)壓稱交流調(diào)壓器是通過控制晶閘管來調(diào)壓，所以調(diào)壓器的輸入電流同樣出現(xiàn)諧波。

1.4低壓電器

現(xiàn)代建筑中使用的電器基本上都是由低壓電網(wǎng)供給電源的，由于電器都有小容量的變壓器和整流裝置，于是電器中的勵(lì)磁電流在總電流中占的比例就很大，雖然單個(gè)電器的容量小，但是數(shù)量很多，也會(huì)產(chǎn)生很多高次諧波造成影響。

2 諧波對(duì)電力系統(tǒng)的危害

諧波會(huì)給電力系統(tǒng)電磁環(huán)境帶來嚴(yán)重的電能污染，而且也會(huì)給電纜、變壓器及電動(dòng)機(jī)帶來危害，甚至引發(fā)事故，危及到建筑電力系統(tǒng)本身和用電居民的用電安全。

2.1使變壓器升溫產(chǎn)生大量附加諧波損耗

諧波可以使變壓器發(fā)熱升溫，主要是因?yàn)橹C波電流增加了變壓器銅損、鐵損以及漏磁損耗，于是隨著損耗的增加，變壓器就會(huì)開始發(fā)熱，如果變壓器的接法是三角形的，那么變壓器發(fā)熱的效果就更加明顯，因?yàn)槿切蔚慕臃〞?huì)產(chǎn)生三倍次諧波環(huán)流。并且諧波電流會(huì)使運(yùn)行中的點(diǎn)擊發(fā)出強(qiáng)烈振動(dòng)而產(chǎn)生高頻噪音，這不僅嚴(yán)重?fù)p壞電機(jī)設(shè)備，還會(huì)產(chǎn)生更多的附加諧波損耗。

2.2使母線溫度過高，可能引發(fā)火災(zāi)

諧波電流在經(jīng)過電纜的時(shí)候能加重集膚效應(yīng)，放大諧波，從而增加了電能的附加損耗，同時(shí)電纜升溫而過熱會(huì)損壞電纜，再如果電纜發(fā)生接地短路的問題，那么就會(huì)存在火災(zāi)隱患，因?yàn)楹芏嘟ㄖ惺褂玫亩际枪?jié)能氣體照明燈，當(dāng)中性線電流達(dá)到相線電流的兩倍，那么中性線電流就會(huì)升溫導(dǎo)致過熱燒毀，甚至引發(fā)火災(zāi)。

2.3對(duì)生活辦公產(chǎn)生嚴(yán)重影響

生活辦公的建筑中都會(huì)存在打印機(jī)、電腦、家用電器等，而諧波會(huì)對(duì)電腦產(chǎn)生影響而使得程序出錯(cuò)，數(shù)據(jù)丟失甚至損壞，不僅如此，燈具也是小型的諧波源，并且也是受諧波影響的電器。除此之外，諧波對(duì)電力系統(tǒng)的危害可不止這些，它還可以降低開關(guān)設(shè)備的開關(guān)能力，導(dǎo)致各類繼電保護(hù)和自動(dòng)控制裝蓋拒動(dòng)和誤動(dòng)，嚴(yán)重影響用電用戶生活辦公的正常運(yùn)行。

3抑制諧波的方法

3.1選取LC組成的無源調(diào)諧濾波器

諧波的補(bǔ)償一般都采用LC組成的無源調(diào)諧濾波器，它主要是由濾波電容器，電抗器以及電阻器組合而成的，具有結(jié)構(gòu)簡單、前期投入少、技術(shù)成熟、功率容量大等優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的費(fèi)用也比較低，所以一直都被用作解決諧波問題。它對(duì)諧波的作用就是給諧波提供入地的低阻通路，將諧波導(dǎo)入到大地而不是進(jìn)入電力系統(tǒng)，還能補(bǔ)償電網(wǎng)中感性的無功功率，不過，它也有一些缺點(diǎn)，如容易和系統(tǒng)產(chǎn)生并聯(lián)諧振導(dǎo)致諧波放大甚至燒毀設(shè)備。

3.2選取有源濾波器

有源濾波器是源于二十世紀(jì)八十年代的諧波抑制方法，目前已成為諧波抑制的趨勢(shì)。它相比無源濾波器有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，不會(huì)受到電力系統(tǒng)阻抗干擾，不會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，就算電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化也不會(huì)對(duì)諧波和無功補(bǔ)償產(chǎn)生影響。所以有源濾波器能彌補(bǔ)無源濾波器的缺點(diǎn)，對(duì)諧波的抑制效果比無源濾波器更理想。這種有源濾波器分為并聯(lián)型有源濾波器和串聯(lián)型有源濾波器兩種，當(dāng)使用并聯(lián)型濾波器時(shí)，它的電壓和交流電壓相同，所以可以補(bǔ)充電流決定裝置容量，同時(shí)還可以使用串聯(lián)型有源濾波器作為電力網(wǎng)的一個(gè)電阻，對(duì)諧波進(jìn)行阻礙讓其無法進(jìn)入電力網(wǎng)。當(dāng)單獨(dú)使用串聯(lián)型有源濾波器時(shí)，就可以將其看作一個(gè)串入電網(wǎng)的電阻，它可對(duì)諧波進(jìn)行高阻，對(duì)基波進(jìn)行低阻，使得諧波電流無法進(jìn)入電力網(wǎng)。但是如果有源濾波器的負(fù)載阻抗變大時(shí)就可以視作電流源，而串聯(lián)型有源濾波器補(bǔ)償效果就會(huì)變差。而當(dāng)單獨(dú)使用并聯(lián)型有源濾波器時(shí)，就相當(dāng)于在電網(wǎng)中并聯(lián)入一個(gè)電阻，而它對(duì)基波進(jìn)行高阻，對(duì)諧波反而進(jìn)行低阻，并且將諧波電流旁路降低電網(wǎng)諧波含量，從而濾波補(bǔ)償效果也會(huì)受到影響。？采用高功率因數(shù)變流器。高功率因數(shù)變流器是對(duì)整流裝置改進(jìn)，讓其盡量減產(chǎn)或不產(chǎn)生諧波，并且電流電壓同相位的設(shè)備。？整流電路的多重化。整流電路的多重化是一種傳統(tǒng)減少諧波的方法，它的工作原理是將多個(gè)橋式整流電路用串聯(lián)的方式多重聯(lián)結(jié)，這樣就可以減少輸入電流中的諧波，這種整流器雖然對(duì)抑制諧波有比較好的效果，但是不能明顯提高功率因數(shù)。？PWM整流電路。PWM整流電路分為電壓型和電流型這兩種，而電壓型的使用相對(duì)來說更多。它的工作原理是對(duì)PWM整流電路進(jìn)行控制，讓PWM整流電路輸入電流接近正弦波，電流電壓同相位，并且因?yàn)楣β室驍?shù)接近1而被稱為高功率因數(shù)變流器。？二極管整流電路。二極管整流電路的雖然結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，但是如果在整流橋與濾波電容間加上功率因數(shù)校正的功率轉(zhuǎn)換電路，即使輸入電流中存在較多含量的諧波也可以將其轉(zhuǎn)變成接近正弦波，這種轉(zhuǎn)換方式也可提高功率因數(shù)。？矩陣式變頻電路。矩陣式變頻電路是直接把一種頻率的交流電變成另一種頻率的變頻電器。它的優(yōu)點(diǎn)就是可以將輸入電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷和嗟恼也?，并且功率因?shù)還為1，還可控制所需的功率因數(shù)大小。更關(guān)鍵的是輸出頻率不受網(wǎng)頻率限制，輸出的電壓也是正弦波。不過它的缺點(diǎn)是電路過于復(fù)雜，一個(gè)電路都要用到至少18個(gè)全控型器件，并且每個(gè)器件都要并一個(gè)二極管。

結(jié)束語

綜上所述，雖然我國還沒有制定建筑電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，但是諧波的綜合治理工作是值得推廣的，許多建筑用戶只注重提高功率因數(shù)，不重視諧波治理，從而造成電能污染和經(jīng)濟(jì)損失，所以消除電力電子裝置中的諧波已經(jīng)成為了必需工作，只有解決了電能污染的問題，才能保證建筑用戶的電能質(zhì)量和用電安全。

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