電網中的諧波來源

由於現代電氣，特別是工業網絡中無不存在非線性元件，導致電流曲線和電壓曲線畸變，網絡中出現高次諧波。

首先，非正弦性是由於靜態轉換器的存在，然後是同步發電機、電焊機、熒光燈、電弧爐、變壓器、電動機和其他非線性負載。

在數學上，電流和電壓曲線的非正弦性可以表示為電源頻率的主要諧波及其倍數的高次諧波之和。諧波分析的結果是三角傅里葉級數，所得到的諧波的頻率和相位值可以使用以下公式輕鬆計算：

事實上，三相網絡中非正弦電壓和電流的最終組合可能是不對稱或對稱的。三次諧波的倍數 (k = 3n) 的非正弦電壓對稱系統導致零序電壓系統的形成。

此外，在 k = 3n + 1 時，三相網絡中的諧波會產生對稱的負序電壓系統。因此，非正弦電壓對稱系統的每個 k 次諧波都會導致正序、反向或零序相電壓的對稱系統。

然而，實際上，相非正弦電壓系統是不對稱的。所以， 三相變壓器磁芯 它們本身是非線性和不對稱的，因為中間階段和最後階段的磁路長度相差 1.9 倍。因此，中間相的磁化電流有效值比最後相的磁化電流值小 1.3 - 1.55 倍。

當每個 k 次諧波形成一個不對稱的相電壓系統並且通常包含三個序列（零、正向和反向）的分量時，不對稱諧波被分解為對稱分量。

如果沒有接地故障，具有隔離中性點的三相網絡的特點是每相中都不存在零序分量。因此，相電流中不存在三次諧波的倍數，但存在包含逆序和正序分量的其他諧波。

電源整流器通常在直流側具有較大的電感，即直流電機繞組和平波電抗器。這些電感比交流側的等效電感高很多倍，因此相對於交流網絡的這種整流器表現為高次諧波電流源。以諧波頻率流向網絡的電流值不依賴於供電網絡的參數。

對於三相電網，這種變流器的特點是採用三相全波整流器作為6閥，故稱六脈或六相。在這種情況下，每一相的電流曲線可以用等式來描述（對於一相 A 的電流）：

可以看出，相電流僅包含不是三的倍數的奇次諧波，並且這些諧波的符號交替：6k + 1 次的正諧波和 6k-1 次的負諧波。

如果採用十二相整流器，當一對六相整流器接一對三相變壓器時（二次電壓相移pi/6），則12k+1和12k-的諧波1-訂單將分別出現。

在使用整流器之前，只有變壓器和各種電機是電網中高次諧波的主要來源。但即使在今天，變壓器也是電網中最常見的元件。

變壓器產生高次諧波的原因是磁路的非線性磁化曲線和持續存在的 滯環… 非線性磁化曲線和磁滯環會產生原始正弦空載磁化電流的失真，結果是變壓器從電網汲取的電流中出現高次諧波。

110 kV 級變壓器空載電流不超過 1%，6-10 kV 級變壓器不超過 2-3%。這些都是小電流，它們在磁路中的有源損耗可以忽略不計。重要的是磁化曲線，而不是磁滯迴線。

磁化曲線是對稱的，在傅里葉級數展開中沒有偶次諧波。勵磁電流的畸變是由奇次諧波引起的，其中奇次諧波是3的倍數。三次諧波特別明顯，但五次和七次諧波也是最重要的。

電動勢諧波和電流諧波也是電機的特徵， 同步和異步…這些諧波是由與變壓器產生的電流諧波相同的現象引起的——製造定子和轉子的材料的磁化曲線的非線性。

電動機電流諧波的頻譜與變壓器一樣，包括奇次諧波，其中有明顯的3的倍數。這裡最重要的是 3 次、5 次和 7 次諧波。

與變壓器的情況一樣，粗略計算允許我們將 3 次、5 次和 7 次諧波的電流百分比設為 3 次諧波 40%，5 次諧波 30%，7 次諧波 20%（百分比無功電流）。