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谐波是电力系统上可能导致电能质量问题的电压和电流。由于设备和机械在存在高谐波电压和/或电流水平的情况下可能会出现故障或失效,因此谐波失真已成为设施管理人员、自动化设备用户和工程师日益关注的问题。虽然谐波的存在不会使工厂或办公室无法运行,但影响的程度取决于电力系统的承受能力以及设备对谐波失真的敏感程度。

产生谐波的原因是什么?

谐波是由带有非线性负载的电子设备以突然的短脉冲吸收电流而产生的。短脉冲会导致电流波形失真,进而导致谐波电流回流到电力系统的其他部分。当在同一电气系统上有许多个人计算机、激光打印机、传真机、复印机或医疗测试设备、荧光灯、不间断电源 (UPS) 和变速驱动器时,谐波尤其普遍。

谐波会降低电能质量及其效率水平,尤其是在商业建筑或工业设施中。一般来说,大多数建筑物可以毫无顾虑地承受高达电气系统总容量 15% 的非线性负载。如果非线性负载超过 15%,可能会导致一些不明显的负面后果。

谐波引起的常见问题

中性导体过载
三相系统由三个单独的相导体和一个中性导体组成。如果所有相导体都承载相同的电流,则在负载平衡的情况下,相电流往往会相互抵消。这种平衡负载可以减小中性导体的尺寸。不幸的是,计算机中使用的开关模式电源具有非常高的三次谐波电流。虽然谐波电流在零线上抵消,但三次谐波电流在零线上是相加的。在安装了大量个人计算机的建筑物中,中性线承载的电流可能比电线设计的承受能力高得多,从而造成潜在的火灾危险。

变压器过热和相关损耗增加
对于为产生谐波的负载供电的变压器,绕组中的涡流损耗是变压器中最主要的损耗分量。该涡流损耗与产品谐波电流的平方及其相应频率成正比。为非线性负载供电的满载变压器的总变压器损耗是等效线性负载的两倍。这会导致变压器过热并降低变压器中的绝缘材料,最终导致变压器故障。

断路器的误跳闸
所有包含电容和电感的电路都有一个或多个谐振频率。当任何谐振频率对应于非线性负载产生的谐波频率时,就会发生谐波谐振。谐振频率期间的电压和电流可能会高度失真。这种失真可能会导致电力系统误跳闸,最终会导致生产损失。

如何诊断和修复谐波

谐波分析仪是对电能质量进行详细分析以确定电压和电流在各自频谱上的波形的最有效仪器。谐波分析仪在缺乏明显症状阻止您确定谐波是否值得关注的情况下也很有用。

谐波分析仪用于提供对可疑来源的详细分析。使用这些数据,谐波比率函数计算一个从 0% 到 100% 的值来表示非正弦波形和正弦波形的偏差。该值表示存在谐波。

凭借内置谐波比功能,Agilent U1242 系列手持数字万用表可帮助技术人员和工程师快速验证交流信号中是否存在谐波。此信息可用于防止或减少设备停机时间和维修成本。

 

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