谐波

谐波 (Harmonics)

物理定义	频率为基波整数倍的分量
衡量指标	THD (总谐波畸变)
核心危害	电网污染、设备发热、中性线电流过大
适用标准	IEC 61000-3-2 / GB 17625.1

谐波（Harmonics）是指一个周期性电磁量（如电压或电流）中频率为基波（通常为 50Hz 或 60Hz）整数倍的分量。在电力电子系统中，任何非正弦波形的周期性电流都可以通过傅里叶变换分解为基波和一系列谐波。

谐波的产生机理

在您的 **50kW 系统** 中，谐波主要来源于非线性负载的“削峰”动作：

• 整流电路： 传统的二极管整流桥只有在输入电压高于电容电压时才导通，导致电流呈脉冲状。
• 开关动作： IGBT 或 MOSFET 的高速切换虽然处于高频段，但其包络线调制（如 PWM）也会在低频段引入谐波分量。

关键指标：THD

• • 总谐波畸变（Total Harmonic Distortion, THD）** 是衡量波形污染程度的最重要参数：

$THD=\frac{\sqrt{I_2^2+I_3^2+I_4^2+\dots +I_n^2}}{I_1}$

其中 $I_1$ 为基波电流，其余为各次谐波电流。

• 注意： THD 越高，功率因数 (PF) 越低。

谐波的危害 (50kW 级别)

1. 变压器损耗： 高频谐波电流在变压器绕组中引起严重的趋磁效应和涡流损耗。
2. 中性线过载： 在三相四线制系统中，3次、9次等“三重谐波（Triplen Harmonics）”在中心线上不会抵消而是相互叠加，可能导致中性线电流超过相线电流。
3. 电容击穿： 无功补偿电容对高频谐波呈现低阻抗，易诱发谐振并导致电容烧毁。
4. 医疗设备干扰： 谐波引起的电压畸变可能导致敏感医疗影像设备的同步信号丢失。

抑制策略与整改

针对您的 50kW 系统，建议采取以下手段：

1. 主动手段 (Active)

• 功率因数校正 (PFC)： 采用交错式 Boost PFC 或 维也纳整流器，将输入电流强行校正为正弦波，这是解决谐波的根本方案。
• APF (有源电力滤波器)： 在系统输入端检测谐波并产生一个反向的谐波电流来抵消它。

2. 被动手段 (Passive)

• AC/DC 电抗器： 在整流前增加输入电抗器（Line Reactor），通过感抗压制高频脉冲电流，简单有效。
• 多脉波整流： 使用移相变压器构成 12 脉波或 18 脉波整流，相互抵消低次谐波。

参见

• 功率因数 (PF)
• 维也纳整流器
• 傅里叶变换
• IEC 61000-3-2