常見的非線性負(fù)載包括變壓器、整流器、逆變器、開關(guān)電源等。變壓器由于鐵芯的磁飽和特性，會(huì)導(dǎo)致電流波形的畸變，從而產(chǎn)生諧波。整流器和逆變器則由于其內(nèi)部的電力電子器件如二極管和晶體管的工作特性，也會(huì)產(chǎn)生諧波。開關(guān)電源在現(xiàn)代電子設(shè)備中廣泛應(yīng)用，其高頻開關(guān)動(dòng)作會(huì)產(chǎn)生高次諧波。

諧波的產(chǎn)生主要由于非線性負(fù)載的存在。這些負(fù)載在電力系統(tǒng)中引入的諧波會(huì)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性、電能質(zhì)量以及設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面影響。非線性負(fù)載，其電流和電壓之間的關(guān)系不是線性的，這導(dǎo)致電流波形發(fā)生畸變，從而產(chǎn)生諧波。

具體來說，當(dāng)電流流經(jīng)非線性負(fù)載時(shí)，負(fù)載上的電流和施加的電壓不成線性關(guān)系，這就形成了非正弦電流，進(jìn)而產(chǎn)生了諧波。例如，整流器在將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的過程中，由于二極管的單向?qū)щ娦?，?huì)導(dǎo)致電流波形的嚴(yán)重畸變，從而產(chǎn)生大量的諧波。同樣，變壓器在工作時(shí)，由于鐵芯的磁飽和特性，也會(huì)導(dǎo)致電流波形的畸變，產(chǎn)生諧波。

此外，電力系統(tǒng)中的其他設(shè)備也可能產(chǎn)生諧波。例如，電動(dòng)機(jī)、電弧爐等設(shè)備在工作時(shí)，由于其非線性特性，也會(huì)導(dǎo)致電流波形的畸變，產(chǎn)生諧波。電弧爐在熔化金屬時(shí)，電極和金屬碎粒之間的頻繁斷路和短路會(huì)導(dǎo)致電流波形的劇烈變化，從而產(chǎn)生大量的諧波。電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)，由于其非線性電感和電阻特性，也會(huì)導(dǎo)致電流波形的畸變，產(chǎn)生諧波。

諧波的危害不僅限于對(duì)設(shè)備的直接影響，還可能對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生威脅。例如，諧波可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)的諧振現(xiàn)象，進(jìn)而引起過電壓和過電流，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)崩潰。此外，諧波還會(huì)增加電力系統(tǒng)的損耗，降低系統(tǒng)的整體效率。例如，諧波會(huì)導(dǎo)致變壓器和電動(dòng)機(jī)的附加損耗增加，溫度升高，縮短設(shè)備的使用壽命。

典型非線性負(fù)載的諧波產(chǎn)生機(jī)制

典型非線性負(fù)載如整流器和變壓器是如何產(chǎn)生諧波的。以整流器為例，當(dāng)交流電壓通過整流器轉(zhuǎn)換為直流電壓時(shí)，由于二極管的單向?qū)щ娦?，只有電壓的正半周期或部分周期?nèi)有電流通過，這導(dǎo)致電流波形的嚴(yán)重畸變。這種畸變的電流波形包含了豐富的諧波成分。具體來說，整流器在工作時(shí)，二極管只在電壓的正半周期或部分周期內(nèi)導(dǎo)通，導(dǎo)致電流波形不是一個(gè)完整正弦波，而是一個(gè)脈沖波形。這種脈沖波形包含了大量的高次諧波成分，如5次諧波、7次諧波等。這些諧波成分不僅會(huì)影響整流器的正常運(yùn)行，還可能對(duì)電網(wǎng)的其他設(shè)備產(chǎn)生影響。

同樣，變壓器在工作時(shí)，由于鐵芯的磁飽和特性，也會(huì)導(dǎo)致電流波形的畸變。變壓器在空載合閘時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的涌流，其中包含大量的諧波成分。這些諧波成分不僅會(huì)影響變壓器的正常運(yùn)行，還可能對(duì)電網(wǎng)的其他設(shè)備產(chǎn)生影響。

此外，電力電子調(diào)速系統(tǒng)如變頻器也屬于非線性負(fù)載。變頻器在調(diào)速過程中會(huì)產(chǎn)生高次諧波，導(dǎo)致電網(wǎng)的電壓和電流波形發(fā)生畸變。這些諧波不僅會(huì)影響變頻器的正常運(yùn)行，還可能對(duì)電網(wǎng)的其他設(shè)備產(chǎn)生影響。例如，變頻器在控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，由于其開關(guān)動(dòng)作的頻率較高，會(huì)導(dǎo)致電流波形的畸變，產(chǎn)生大量的諧波。這些諧波成分可能導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的附加損耗增加，溫度升高，縮短設(shè)備的使用壽命。

審核編輯 黃宇