电网中的谐波来源

由于现代电气，特别是工业网络中无不存在非线性元件，导致电流曲线和电压曲线畸变，网络中出现高次谐波。

首先，非正弦性是由于静态转换器的存在，然后是同步发电机、电焊机、荧光灯、电弧炉、变压器、电动机和其他非线性负载。

在数学上，电流和电压曲线的非正弦性可以表示为电源频率的主要谐波及其倍数的高次谐波之和。谐波分析的结果是三角傅里叶级数，所得到的谐波的频率和相位值可以使用以下公式轻松计算：

事实上，三相网络中非正弦电压和电流的最终组合可能是不对称或对称的。三次谐波的倍数 (k = 3n) 的非正弦电压对称系统导致零序电压系统的形成。

此外，在 k = 3n + 1 时，三相网络中的谐波会产生对称的负序电压系统。因此，非正弦电压对称系统的每个 k 次谐波都会导致正序、反向或零序相电压的对称系统。

然而，实际上，相非正弦电压系统是不对称的。所以， 三相变压器磁芯 它们本身是非线性和不对称的，因为中间阶段和最后阶段的磁路长度相差 1.9 倍。因此，中间相的磁化电流有效值比最后相的磁化电流值小 1.3 - 1.55 倍。

当每个 k 次谐波形成一个不对称的相电压系统并且通常包含三个序列（零、正向和反向）的分量时，不对称谐波被分解为对称分量。

如果没有接地故障，具有隔离中性点的三相网络的特点是每相中都不存在零序分量。因此，相电流中不存在三次谐波的倍数，但存在包含逆序和正序分量的其他谐波。

电源整流器通常在直流侧具有较大的电感，即直流电机绕组和平波电抗器。这些电感比交流侧的等效电感高很多倍，因此相对于交流网络的这种整流器表现为高次谐波电流源。以谐波频率流向网络的电流值不依赖于供电网络的参数。

对于三相电网，这种变流器的特点是采用三相全波整流器作为6阀，故称六脉或六相。在这种情况下，每一相的电流曲线可以用等式来描述（对于一相 A 的电流）：

可以看出，相电流仅包含不是三的倍数的奇次谐波，并且这些谐波的符号交替：6k + 1 次的正谐波和 6k-1 次的负谐波。

如果采用十二相整流器，当一对六相整流器接一对三相变压器时（二次电压相移pi/6），则12k+1和12k-的谐波1-订单将分别出现。

在使用整流器之前，只有变压器和各种电机是电网中高次谐波的主要来源。但即使在今天，变压器也是电网中最常见的元件。

变压器产生高次谐波的原因是磁路的非线性磁化曲线和持续存在的 滞环… 非线性磁化曲线和磁滞环会产生原始正弦空载磁化电流的失真，结果是变压器从电网汲取的电流中出现高次谐波。

110 kV 级变压器空载电流不超过 1%，6-10 kV 级变压器不超过 2-3%。这些都是小电流，它们在磁路中的有源损耗可以忽略不计。重要的是磁化曲线，而不是磁滞回线。

磁化曲线是对称的，在傅里叶级数展开中没有偶次谐波。励磁电流的畸变是由奇次谐波引起的，其中奇次谐波是3的倍数。三次谐波特别明显，但五次和七次谐波也是最重要的。

电动势谐波和电流谐波也是电机的特征， 同步和异步…这些谐波是由与变压器产生的电流谐波相同的现象引起的——制造定子和转子的材料的磁化曲线的非线性。

电动机电流谐波的频谱与变压器一样，包括奇次谐波，其中有明显的3的倍数。这里最重要的是 3 次、5 次和 7 次谐波。

与变压器的情况一样，粗略计算允许我们将 3 次、5 次和 7 次谐波的电流百分比设为 3 次谐波 40%，5 次谐波 30%，7 次谐波 20%（百分比无功电流）。