电力谐波就是电能中所包含的谐波分量,分为谐波电流和谐波电压。
谐波是对应基波的一个概念。
如果有一个频率为f正弦波,那么频率为nf的正弦波就称为频率为f的正弦波的n次谐波,而频率为f的正弦波就是基波(含义为基本波形)。例如,我们的电力电压波形为50Hz的正弦波,则3次谐波就是150Hz的正弦波,5次谐波就是250Hz的正弦波。
用数学的方法可以证明,任何一个周期性波形都可以分解成基波和谐波。因此,当电网电压发生畸变时,就表示其中包含了谐波成分。
图1是包含了5次谐波和7次谐波的波形,5次和7次谐波是工业上最典型的两种谐波。
如果谐波成分是电流,就叫谐波电流。如果谐波成分是电压,就叫谐波电压。
谐波电流是导致变压器过热、电缆过热、跳闸、
无功补偿装置烧毁的主要原因。
谐波电压是电子设备误动作的主要原因。在处理电子设备受干扰的问题是,更加关注电子设备接入电网的位置的谐波电压畸变率。一般要求电压畸变率小于5%。
谐波电流与谐波电压之间的关系是很多人搞不清的概念。了解他们之间的关系对于正确解决电能质量问题十分重要,下面对这两者的关系进行讲解。
谐波电流是谐波的根源,谐波电压是谐波电流的产物。因此,要彻底解决谐波导致的各种问题,就要从控制谐波电流入手。
谐波电压是谐波电流流过线路阻抗时产生的,对于特定的配电系统,谐波电流与谐波电压之间的关系如下(欧姆定律):
谐波电压 = 谐波电流 x 电网阻抗
式中:电网阻抗包括了变压器的阻抗和配电线的阻抗,如图2所示。
较大的谐波电流并不一定导致较大的谐波电压。只有当系统阻抗较大时,谐波电流才会产生较大的谐波的谐波电压。图2(a)中的情况是变压器容量较小(对应阻 抗较大)的情况,这时,虽然电流(上图)畸变率并不大(所含的谐波电流成分较小),但是电压(下图)出现严重的畸变。图2(b)中的情况是变压器容量较大 (对应阻抗较低)的情况,这时,虽然电流(上图)畸变率很大(所含的谐波电流成分较小),但是电压(下图)并未出现严重的畸变。
通过图3可知,在阻抗较高的系统中,谐波对电子设备的危害更大。