魯義寬（鄂爾多斯職業(yè)學(xué)院,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯017000）

關(guān)于“諧波干擾”問題的分析

魯義寬
（鄂爾多斯職業(yè)學(xué)院,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯017000）

本文主在諧波概念的基礎(chǔ)上，結(jié)合諧波數(shù)學(xué)分析，得出了諧波干擾的機理，然后從低通濾波器、帶阻濾波器等方面，對消除諧波干擾的方法，進行了簡要的研究。

諧波干擾;濾波器;頻率

我們討論供配電的問題時，把電源電壓、電源頻率、諧波干擾（波形）作為衡量電源質(zhì)量的主要要素，而隨著高科技產(chǎn)品和弱電產(chǎn)品的大量出現(xiàn)，“諧波干擾”就更提到十分重要的地位。可是，有許多從事供電和用電行業(yè)的技術(shù)人員，都不太清楚“諧波干擾”的產(chǎn)生機理、危害和如何消除，本文即來回答這些問題。

1 什么是諧波

（1）對于優(yōu)質(zhì)的單相供電電壓，是一個頻率f=50HZ，周期T=0.02s的標準正弦波 如圖1：

圖1 標準工頻電壓波形

表達式：u=UmSin（ωt+φ）

有三要素：1、最大值Um:Um=U；U—有效值

2、角頻率ω；ω=2πf; f==50HZ

3、初相位：φ：上圖中：φ=00

標準正弦波中無有諧波成份。

（2）若供電的電壓波形,由于某種原因使它成為非正弦周期波，假設(shè)變?yōu)榫匦尾耍鐖D2：

圖2 矩形波

就會產(chǎn)生十分豐富的諧波成分，對用電設(shè)備產(chǎn)生“諧波干擾”。

由數(shù)學(xué)中講授的付里葉級數(shù)可知；該矩形波電壓u可以表示為：

u=um1Sinωt +Um3Sin3ωt +Um5Sin5ωt +．．．．．．+UmnSinnωt

其中: um1Sinωt 稱為基波成分，為標準正弦波；Um1= ; Um為矩形波幅度,后面所有的不同頻率有：3ω；5ω；7ω；．．．．．．；nω等正弦電壓，就稱為“諧波”成份，

項數(shù)越多，“諧波”成份越多，頻率越高，但諧波的幅度會越來越小。Um3=;Um5=;Um7=; ．．．．．．， ω稱為基波頻率。ω=2πf; f==50HZ

我們可以畫出基波和前幾次諧波的波形，如圖3：

圖3 基波與3次、5次諧波

由圖可見：高次諧波的頻率越高，幅度越小。（在電子技術(shù)課程中，我們用頻譜圖來分析這種情況）。

將不同頻率的正弦波疊加起來，如圖4：也就基本接近矩形波了。

圖4 基波與諧波疊加

若將后面的高次諧波u7:u9:u11；．．．．．．un疊加上去，當(dāng)n其波形就完全為矩形波了，而且矩形波的前沿越陡峭，其高次諧波的頻率就越高，即n越大，但此時的諧波幅度也會很小，對設(shè)備的干擾強度不大， 可忽略不計。

這里就有一個規(guī)律：在非正弦周期波中，前沿越陡峭的交流波，其諧波成份就越多。如圖5的波形：

其諧波成份就不多。因為它是將正弦波經(jīng)雙向限幅而得到的，其波形前沿不陡峭。如圖6：

圖6 尖峰脈沖

如圖6的尖脈沖（微分脈沖），波形的前沿就很陡峭，諧波成份就十分豐富。

這是因為波形越陡峭， 就越大，或dt很小， 頻率就很高，因為頻率f ,頻率f會很大。

2 諧波的數(shù)學(xué)分析：

2.1 付里葉級數(shù)

法國數(shù)學(xué)家付里葉經(jīng)過多年研究，得出如下結(jié)論：

對于非正弦的周期函數(shù)，只要符合條件，都可展開成正弦和余弦函數(shù)的無群級數(shù)：

式中：=dt; =; bn=

例如：對于矩形波，如圖7：

圖7 矩形波

3 “諧波干擾”的機理：

對于任何一個無線電設(shè)備，接收電信號時都會有一個諧振頻率，利用LC并聯(lián)諧振時，兩端電壓最大的特點進行選頻接收，若在它的諧振頻率點上有一個干擾頻率（諧波干擾）的信號，也就會接收進來，造成對有用信號的“干擾”。若接收設(shè)備為收音機，它產(chǎn)生一種雜音。若為更高級的接收設(shè)備，干擾會造成更加嚴重的不良后果，應(yīng)堅決予以濾除。若這個干擾頻率正好是我們電源頻率（50Hz）的諧波，則稱為“諧波干擾”。若電源功率很大的話，干擾會很嚴重，我們一定要設(shè)法濾除。

圖8 低通濾波器

圖9 帶阻濾波器

4 濾除“諧波干擾”的方法：

為了消除“諧波干擾”，我們采用多種方法，典型方法有：

4.1 低通濾波器

如圖8：

它可以利用電容、電感的阻抗隨頻率變化的的特點，通低頻，阻高頻。

4.2 帶阻濾波器

如圖9：

并聯(lián)和串聯(lián)諧振在圖一頻率點上：使該頻率f0的信號通不過去。

4.3 其它方法：

（1）三相整流變壓器采用Yd或Dy聯(lián)接。

（2）增加整流變壓器二次側(cè)的相數(shù)。

（3）使各臺整流變壓器二次測互有相角差。

（4）裝設(shè)分流濾波器，利用LC串聯(lián)阻抗小的特點。

（5）選用Dyn11聯(lián)接組三相配電變壓器。

（6）減少大容量的非線性用電設(shè)備。

以上幾種方法的實質(zhì)是減小低次（如3次）諧波分量。因為低次諧波的強度大，而高次諧波的強度小。減少“諧波干擾”。

[1]王立群,陳健.變頻器諧波干擾的分析與對策[J].華東電力, 2013,41（08）：1760-1763.

[2]劉兆銀.信息業(yè)務(wù)樓諧波干擾問題的探討[J].廣播與電視技術(shù), 2013,40（05）:97-99.

[3]史琳蕓.淺析變頻器諧波干擾及抗干擾措施[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)月刊,2013,32（07）:85-86.

魯義寬（1958-）,男,內(nèi)蒙古準格爾旗人,鄂爾多斯職業(yè)學(xué)院自動化與信息系副教授,研究方向：供用電。