谐波电流与谐波阻抗的估算1

1  引言

    谐波电流的估算有时是很困难的，因为影响谐波电流大小的因素很多，例如有功负荷的大小，变流器的类别和控制要求等等，而某些情况，甚至无法估算，例如电弧炉、弧焊机等，这就只有等待设备运行后的谐波测量。但从下面的分析中可以看出变流器发射的谐波电流还是有一定的规律的。如果变电所的负荷中，变流设备占了一定的比重，估算出谐波骚扰量和系统阻抗，就可以考虑谐波治理的予案；又如民用建筑中，单相负荷电流若包含有零序谐波成分(3次及3的倍数次谐波)，可能对中性及开关的第4级带来麻烦。总之，估算可能并不准确，但它是治理谐波的基础。

    *近，施耐德公司为了确定谐波电流的大小可提供专用的选型软件，但要选型者提出设备参数。因此知道估算谐波电流就一定知道所提供的设备参数的用意，即设备参数和谐波电流大小的关系。

2  谐波源分类[1]

2.1 工厂设备的低频骚扰概述

    在讨论谐波源之前，先简述低频传导骚扰源见表1。

                表1  低频传导骚扰源一览表

2.2 谐波源分类

(1) 半导体变流器

表2   单相移相调压交流控制器谐波电流I_hmax/I_1max

    半导体器件是可控的，例如晶闸管(SCR),也可以是不可控，例如二级管，这些变流器又可分为三类，它们有各自单独的谐波发射规律。

● 交流控制器  

    移相调压，输出仍是交流，正弦波被切出一部分，因而输出不是正弦波，有效值随移相角增大而变小，白炽灯调光器，取暖炉和电炊具控制器输出电流。典型设备如软A启动器，白炽灯调光器，取暧炉和电炊具控制器等，有三相也有单相的，常用电功率器件为晶闸管反并联或双向晶闸管。

    另外还有一种是通断调压，输出的每个交流正弦波是完整的，但不足50Hz，按比例被切去了一部分周波，例如剩下的周波数若为40Hz，则输出电功率为80%，可用于控制电阻炉加热的温度。输入线电流的谐波成分减少，但50Hz附近的间谐波量增加，本文对此不讨论。

● 直流输出用电感滤波的整流桥，从交流侧发射出的谐波具有电流源的性质，也可称为电流型谐波源。整流桥可以是不可控的二级管，也可为晶闸管，*常见的设备为电冶金电化学直流电源、直流调速装置等。

● 直流输出用大电容滤波的整流桥，则交流侧谐波具有电压源的性质，也可称为电压型谐波源，*常见的设备为PWM变频器(逆变器的输入整流桥为大电容滤波)，UPS以及大量的要用上直流日用电器，它们大都是用交流电源经整流(大电容滤波)，再经PWM变成各种不同直流电压且可以稳压的直流电源。

(2) 电阻决定于电流的非线性阻抗

    典型设备为交流电弧炉，交流弧焊机，荧光灯(直接接入交流电源的)，气体放电灯。

(3) 饱和电抗的投入

    可产生瞬态谐波，例如电动机，变压器的投入，有电容时也可产生瞬态谐波。