电子设备谐波问题分析论文

【摘要】近年来，随着国家工业化和建筑智能化水平的不断提高，现代建筑中的谐波危害也与越来越大，本文分析了危害的产生，从两种性能滤波器的选择给出了谐波的防治措施，仅供参考。下面小编整理了一些《电子设备谐波问题分析论文(精选3篇)》，仅供参考，希望能够帮助到大家。

电子设备谐波问题分析论文 篇1：

电子设备谐波的不良影响及其治理措施

摘要：随着电力电子技术的发展，电力电子装置的广泛应用给电力系统带来了严重的谐波污染。各种电力电子设备在运输、冶金、化工等诸多工业交通领域的广泛应用，使电网中的谐波问题日益严重，许多低功率因数的电力电子装置给电网带来额外负担并影响供电质量，因此，电力电子装置的谐波污染已成为阻碍电力电子技术发展的重大障碍。故抑制谐波污染，提高功率因数的研究已成为电力电子技术中的一个重大课题。本文对最常用的电子设备和元件的谐波及其影响进行了分析，提出相应的对策。

关键词：电子设备谐波问题对策

电子设备的电源一般是整流电源，只在交流电压接近峰值时，整流管才导通有输入电流。由于在一周期内导通的时间很短，又必须维持设备正常的工作电流，所以输入电流呈脉冲状。这种脉冲状输入电流的基波含量小，而谐波含量大，且工作电流越大，脉冲电流的幅值就越大，形成严重的畸变电流注入低压电网，成为不可忽视的谐波源。

一.谐波的不良影响

1.对供配电线路的危害

（1）影响线路的稳定运行

供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器予以检测保护，使得在故障情况下保证线路与设备的安全。

（2）影响电网的质量

电力系统中的谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变。

2.对电力设备的危害

（1）对电力电容器的危害

当电网存在谐波时，投入电容器后其端电压增大，通过电容器的电流增加得更大，使电容器损耗功率增加。

（2）对电力变压器的危害

谐波使变压器的铜耗增大，，还使变压器的铁耗增大。

（3）对电力电缆的危害

由于谐波次数高频率上升，再加之电缆导体截面积越大趋肤效应越明显，从而导致导体的交流电阻增大，使得电缆的允许通过电流减小。

二.对用电设备的危害

1、对电动机的危害

谐波对异步电动机的影响，主要是增加电动机的附加损耗，降低效率，严重时使电动机过热。尤其是负序谐波在电动机中产生负序旋转磁场，形成与电动机旋转方向相反的转矩，起制动作用，从而减少电动机的出力。

2、对低压开关设备的危害

对于配电用断路器来说，全电磁型的断路器易受谐波电流的影响使铁耗增大而发热，同时由于对电磁铁的影响与涡流影响使脱扣困难，且谐波次数越高影响越大；热磁型的断路器，由于导体的集肤次应与铁耗增加而引起发热，使得额定电流降低与脱扣电流降低；电子型的断路器，谐波也要使其额定电流降低，尤其是检测峰值的电子断路器，额定电流降低得更多。

3.对弱电系统设备的干扰

对于计算机网络、通信、有线电视、报警与楼宇自动化等弱电设备，电力系统中的谐波通过电磁感应、静电感应与传导方式耦合到这些系统中，产生干扰。其中电感应与静电感应的耦合强度与干扰频率成正比，传导则通过公共接地耦合，有大量不平衡电流流入接地极，从而干扰弱电系统。

4.影响电力测量的准确性

目前采用的电力测量仪表中有磁电型和感应型，它们受谐波的影响较大。特别是电能表（多采用感应型），当谐波较大时将产生计量混乱，测量不准确。

5.谐波对人体有影响

从人体生理学来说，人体细胞在受到刺激兴奋时，会在细胞膜静息电位基础上发生快速电波动或可逆翻转，其频率如果与谐波频率相接近，电网谐波的电磁辐射就会直接影响人的脑磁场与心磁场。

三、谐波的综合治理

目前，我国电力系统对谐波的管理呈现“先污染，后治理”的被动局面，所以如何综合治理已经成为一个迫在眉睫的研究课题。

1、加强科学化、法制化管理

主要从两个方面加强管理：

——普遍采用具有法律约束和经济约束的手段，改变先污染后治理的被动局面，即应该严格按照各类电力设备、电力电子设备的技术规范中规定的谐波含量指标，对其进行评定，如果超过国家规定的指标，不得出厂和投入电力系统使用；

——供电部门应从全局出发，全面规划，采取有力措施加强技术监督与管理，一方面审核尚待投入负荷的谐波水平，另一方面对已投运的谐波源负载，要求用户加装滤波装置。

、采取有效的技术措施

目前解决电力电子设备谐波污染的主要技术途径有两条：

——主动型谐波抑制方案即对电力电子装置本身进行改进,使其不产生谐波,或根据需要对其功率因数进行控制；

——被动型谐波抑制方案即谐波负载本身不加改变，而是在电力系统或谐波负载的交流侧加装无源滤波器（PF）、有源滤波器（APF）或者混合滤波器（HAPF）等装置，通过外加设备对电网实施谐波补偿。

1）主动型谐波抑制方案

主要是从变流装置本身出发，通过变流装置的结构设计和增加辅助控制策略来减少或消除谐波，主动型谐波抑制方案的主要问题在于成本高、效率低。同时，电力电子系统中很高的开关频率使PWM载波信号产生高次谐波，还会导致高电平的传导和辐射干扰。因此在设计主动型谐波抑制方案时，必须用EMI滤波器将高次谐波信号从系统中滤除，防止它们作为传导干扰进入电网；还要利用屏蔽防止它们作为辐射干扰进入自由空间，对空间产生电磁污染。所以对于较大功率的电力电子装置，一般除了采用主动型谐波抑制方法以外，还要辅以无源或有源滤波器加以抑制高次谐波。

2）被动型谐波抑制方案

——无源滤波器(PF)无源滤波器通常采用电力电容器、电抗器和电阻器按功能要求适当组合，在系统中为谐波提供并联低阻通路，起到滤波作用。无源滤波器的优点是投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便，因此无源滤波是目前广泛采用的抑制谐波及进行无功补偿的主要手段。无源滤波器的缺点在于其滤波特性是由系统和滤波器的阻抗比所决定，只能消除特定的几次谐波，而对其它次谐波会产生放大作用，在特定情况下可能与系统发生谐振；

——有源电路调节器从原理上分析，与APF单节点谐波抑制相比较,APLC是向网络中某个(几个)优选节点注入补偿电流，通过补偿电流在网络中一定范围内的流动，实现该范围内所有节点谐波电压的综合抑制。即通过单节点单装置的装设，达到多节点谐波电压综合治理的功能，APLC的出现，表明电力系统谐波治理正朝着动态、智能、经济效益好的方向发展。

无功功率对供电系统和负荷的运行都是十分重要的。电力系统网络元件的阻抗主要是电感性的。因此，粗略地说，为了输送有功功率，就要求送电端和受电端的电压有一相位差，这在相当宽的范围内可以实现；而为了输送无功功率，则要求两端电压有一幅值差，这只能在很窄的范围内实现。不仅大多数网络元件消耗无功功率，大多数负载也需要消耗无功功率。显然，这些无功功率如果都要由发电机提供并经过长距离传送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法应是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率，这就是无功补偿。

作者：张娜

电子设备谐波问题分析论文 篇2：

现代建筑中谐波的危害与防治

【摘要】近年来，随着国家工业化和建筑智能化水平的不断提高，现代建筑中的谐波危害也与越来越大，本文分析了危害的产生，从两种性能滤波器的选择给出了谐波的防治措施，仅供参考。

【关键词】智能建筑；谐波；公用电网

【中图号】TU-0【文献标示码】A

隨着技术的进步和计算机时代的到来，国家工业化和建筑智能化水平不断提高，大容量电力整流、换流设备以及电子设备在各工业部门和电力系统及其自动控制中的广泛应用，产生谐波的设备及数量均己剧增，并将继续增长。实践表明，来自供电系统的多种异常波形对敏感的电子设备的正常运行构成了严重威胁，甚至毁坏硬件，数据丢失，所造成的经济损失是巨大的。智能建筑中大量的电子设备及电气设备产生的谐波对配电系统污染严重，随着智能建筑及智能小区的迅速发展，若治理不力，这种污染愈来愈重，将成为公用电网的主要污染源。因此现代智能建筑电气设计中必须很慎重地考虑谐波以及它的不良影响，综合治理好智能建筑的谐波和无功功率，对提高公用电网的电能质量以及提高智能建筑的功能和效益等方面有十分重要的意义。

1谐波的概念

国际上公认的谐波定义为：“谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍”。波形畸变是指交流电力系统中电压或电流波形偏离正弦波。一个具有非正弦波形的周期变量可以用一组正弦变量及恒定分量之和来表示。频率与原波形的频率相同的分量称为基波，其余频率为基波整数倍的分量为谐波(hannonic)。谐波频率和基波频率的比值称为谐波的次数。所讨论的非正弦畸变波形应该是周期性重复而且持续一段时间的过程，所以谐波是属于稳态范畴的念。

2谐波的危害

近年来，随着社会的发展、科技的进步，电力系统的谐波源也发生了很大的变化。目前，日益增长的非线性负荷的应用引起的谐波电流将会给电缆、变压器机带来麻烦。智能建筑中产生的谐波电压和谐波电流，对配电系统是一种污染，楼宇中的终端电气设备与电子设备及楼宇智能化系统用电环境恶化，并的通信系统甚至配电系统以外的设备带来危害。智能建筑中谐波主要来自于两方面，一是大量非线性负荷形成的谐波源，导致配电系统的电压、电流发生畸变，产生谐波；二是公用电网本身具有一定的谐波含量和配电变压器等作为谐波源产生的谐波，由网侧传输至配电系统。

2.1附加谐波损耗的产生谐波也能使一些大容量电力整流、换流设备以及电子设备产生谐波损耗。一些附加谐波损耗的包括：其一，由于变压器的温度升高，它的产生由于：谐波电流能增加变压器的铜损和漏磁损耗或者是谐波电压能增加铁损。其二，电动机过热或者产生附加力矩，由于它使电机主磁通呈脉动性，将产生高频噪音、振动和转动的周期变动，容易与机座发生共振现象，破坏机械设备本体，危害的严重性与谐波电压、谐波电流以及旋转电机的型式和结构有关。其三，谐波能引起电容器过热、过压，谐波电压使电容器产生额外的功率损耗，并联电容器其容抗随着谐波频率增大而减少，产生过电流，加速绝缘老化进程，增加绝缘击穿故障。

2.2谐波能损坏敏感电子设备谐波对敏感电子设备的主要影响有：①对过零检测以基波频率为基准的电子设备，因谐波的的影响造成过零误动作，这种多个过零破坏电子设备的运行，最明显的是数字时钟，任何应用过零原理的同步元件都应考虑这种影响。半导体器件经常在电压过零时投入，以降低电磁干扰和涌流，多次过零会改变器件投入时间，破坏设备的运行。②电力电子电源使用波形的峰值以维持滤波电容器的全充电。谐波畸形可提高或削平波峰的峰值。其结果是即使均方根值的输入电压是正常的，电力电源将实际在高的或低的输入电压下，严重时设备的运行可能遭到破坏。③谐波会引起楼宇自动化、消防报警、办公自动化、安全防范等系统的电子装置误动作，甚至无法工作。

2.3谐波恶化电力电缆绝缘和母线过热电缆的分布电容可使谐波放大，谐波流过电力电缆时，所产生的集肤效应将会加重，使电缆产生过热，附加损耗增大。谐波引起电缆损坏的主要原因是浸渍绝缘的局部放电、介损和温升的增大。电缆的额定等级愈高，谐波引起电缆介质不稳定的危险性愈大。谐波电压引起的电压波形畸变会影响线路正常运行，当谐波电压与基波电压波峰重合时，可能使线路的电晕问题变得严重。在电网低谷负荷下当电网电压上升而谐波电压也升高的时刻，电缆更容易出现故障。

2.4降低开关设备的开断能力高次谐波含量较高的电流将使断路器的分断能力降低。这是因为当电流有效值相同时，波形畸变严重的电流与工频正弦波形的电流相比较大。当存在严重的谐波电流时，某些断路器的磁线圈不能常工作，开断将更为困难，而且由于开断时间延长而延长了故障电流切除时间因而造成快速重合闸后的再燃。各种中压断路器在截断电感电流时，可能发生大的谐频涌波电压和重燃现象，这和截流过程中激发的暂态参数谐振有关，并且常常受到附近电容器的响声。

3简述谐波的控制方法

以上列举了几种危害以及危害产生的原因，就其特点我们主要是从以下两方面考虑：一是装设谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都是适用的；二是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波。

3.1采用无源调谐滤波器以前传统的谐波补偿办法主要是采用LC组成的无源调谐滤波器，由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成。它利用电容、电感在谐波频率时发生谐振，提供谐波入地的低阻通路，使谐波导入大地脱离电网。它的优点是：在基波时呈容性，能够同时补偿电网中感性无功功率，具有结构简单、技术成熟、前期投资少、功率容量大、运行可靠性高、运行费用低等优点，一直被广泛使用。但它缺点也较多：受电网阻抗和运行状态影响大，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，甚至过载烧毁；它也只能补偿固定频率的谐波，当所需补偿谐波较多时需装置多组滤波器，既增加了成本也降低了可靠性。

3.2有源电力滤波器有源滤波器是20世纪80年代以来逐渐兴起的谐波抑制新方法，目前己成为谐波抑制的一种趋势。它的优点是：能对频率和大小都变化的谐波和无功进行补偿，可以弥补无源滤波器的不足，获得比无源滤波器更好的补偿特性，是一种理想的补偿谐波装置。与无源滤波器相比，有源滤波器有以下优点：①为高次谐波电流源，不受系统阻抗的影响。②没有共振现象，系统结构的变化不会影响补偿效果。③原理上比LC滤波器更为优越，用一台装置就能完成各次谐波的补偿。④即使高次谐波的频率发生变化，也能完全补偿。有源电力滤波器的变流电路可分为电压型和电流型，目前实际应用的装置中90%以上是电压型。从与负载连接形式的角度可分为并联型有源电力滤波器和串联型有源电力滤波器两大类。现在运行的装置几乎都是并联型，上述类型都可以单独使用也可以和LC滤波器混合使用。目前，有源电力滤波器的研究主要集中在交流有源电力滤波器，直流有源电力滤波器的研究也在逐步开展，典型的研究之一是在直流输电系统中的应用。

3.3高功率因数变流器整流装置是电力系统的主要谐波源。对整流装置改进，使其尽量不产生谐波，并且电流电压同相位，称高功率因数整流器或高功率因数变流器。①采用整流电路的多重化。②采用脉宽调制整流电路。③采用带斩波器的二极管整流电路。④矩阵式变频电路。

4参考文献

1宋文南，刘宝仁.电力系统谐波分析[M].北京：水利电力出版社，1995

2戴瑜兴，张义兵，胡庆伟.智能建筑谐波和无功功率的综合治理[J].2003

作者：唐永涛

电子设备谐波问题分析论文 篇3：

浅谈建筑电气设计中电源谐波相关问题

【摘 要】在现代建筑中，公用电网中出现的谐波电流和谐波电压不仅使得供电质量下降，同时大量谐波对电力系统造成污染。本文在概述电网谐波及其危害性基础上，重点讨论了电力系统发展过程中谐波源的变化，最后提出电气设计中谐波抑制的方法。

【关键词】建筑；电力系统；谐波

现代智能建筑中，用电负荷以计算机、网络和现代通信系统以及大量的电子、电力电子设备等对谐波敏感的非线性负荷为特征，对供电质量有特别严格的要求。因此本文分析了建筑电气设计中电源谐波相关问题。

1 电源谐波及危害性分析

在智能建筑用电负荷中，阻感性负荷占很大的比例，变压器、荧光灯都是典型的谐波阻感性负荷，阻感性负荷必须吸收无功功率才能正常工作。电力电子装置等非线性负荷相控整流器、周波变流器等工作时基波电流相位滞后于电网电压，也要消耗大量的无功功率。此外，谐波源也要消耗无功功率。

1.1 谐波使设备产生附加谐波损耗。使得电力变压器温度升高。谐波导致电力变压器发热源于两方面原因：一是谐波电流能增加变压器的铜损和漏磁损耗；二是谐波电压能增加铁损。对于有三角形接法的变压器，三倍次谐波环流引起的这两种发热就更加明显。谐波对旋转电机产生有害影响，产生附加损耗和转矩，它使电机主磁通呈脉动性，将产生高频噪音、振动和转动的周期变动，容易与机座发生共振现象，破坏机械设备本体。

1.2 谐波对敏感电子设备的主要影响，过零检测以基波频率为基准的电子设备，因谐波的的影响造成过零误动作，这种多个过零破坏电子设备的运行；谐波会引起楼宇自动化、消防报警、办公自动化、安全防范等系统的电子装置误动作，甚至无法工作。

1.3 谐波恶化电力电缆绝缘和母线过热。电缆的分布电容可使谐波放大，谐波流过电力电缆时，所产生的集肤效应将会加重，使电缆产生过热，附加损耗增大。谐波引起电缆损坏的主要原因是浸渍绝缘的局部放电、介损和温升的增大。

1.4 降低开关设备的开断能力。高次谐波含量较高的电流将使断路器的分断能力降低。这是因为当电流的有效值相同时，波形畸变严重的电流与工频正弦波形的电流相比，在电流过零处的di/dt可能较大。

1.5 起系统各类继电保护和自动控制装盖误动和拒动。在我国的电力系统中受谐波影响而导致工作失误或性能劣化的装置中，以继电保护和自动装置为最多。这些继电保护和自动控制装置通常都是按照工作于所加电压或电流为工业频率和正弦波形而设计的，谐波的存在使它们的正常工作条件受到干扰，严重时将造成误动作。

1.6 对计仪表产生影响，电力测量仪表通常是按工频正弦波形设计的，当有谐波时，将会产生测量误差。对通信系统产生干扰，谐波会对邻近通信线路产生谐波电压的静电干扰和谐波电流的电磁干扰，谐波干扰会引起通信系统的噪音，降低信号的传输质量，降低语言或图像的清晰度，干扰严重时会破坏信号的正常传递，引起信号的丢失，使系统无法正常工作。

1.7 谐波对办公、民用低压电器的影响。计算机、绘图仪、打印机和很多家用电器、灯具既是小型或微型谐波源，又是受谐波有害影响的电器，谐波会使计算机数据丢失，程序出错，甚至损坏。

2 电力系统发展过程中谐波源的来源

2.1 发电机的谐波同步发电机产生的谐波电动势是由于转子和定子之间空气隙中的磁场非正弦分布所引起的。发电机每对磁场下气隙中的磁场不可能完全按正弦分布，发电机实际运行时，气隙磁场非严格正弦波，含有一定谐波成分，而这是由磁场的结构所决定的。因此发电机的输出电压本身就含有一定的谐波，其谐波电压的幅值和频率取决于发电机本身结构和工作状态。

2.2 变压器的谐波该谐波主要是磁路非线性引起的。变压器的励磁回路具有非线性电感，因此励磁电流是非正弦波形。变压器的原边绕组通常认为加的是正弦电压，变压器励磁电流im产生了铁心中的磁通，由于磁路的非线性，要产生正弦波磁通，励磁电流应为尖顶波，若励磁电流为正弦波，磁通将为平顶波。无论尖顶波还是平顶波，它们中都含有全部的奇次谐波，其中以次谐波含量最大。若励磁电流为尖顶波，则作为受电端的变压器原边，其电流含有谐波。若磁通为尖顶波，那么副边相电压将为非正弦波，输出电压就含有谐波成份。

2.3 电力电子变流装置的谐波随着科技的发展和办公、家用电器的普及，各种电力电子装置进入了电力系统，这些大大小小的谐波源都给电力系统造成了谐波污染。由于谐波的含量取决于装置本身的特性和工作状况，基本上与电力系统的参数无关，因此可看作谐波恒流源。而实际上，由于电力系统，尤其是低压配电网的容量有限，谐波电流注入电力系统后，在系统内阻上造成的谐波压降，使电力系统中各点电压产生畸变。

2.4 低压电器的谐波由低压电网供给电源的各种电器设备，在现代建筑中的办公楼、商住楼、住宅公寓中广泛使用。它们都带有小功率的整流装置，有的电器带小容量变压器，其励磁电流所占比例较大，虽然其单个容量小，数十瓦到数千瓦，但数量较多且分布很广，它们产生的高次谐波也会对电力系统造成影响，加重电力网的谐波污染。

3 电气设计中谐波抑制的方法

现在的研究主要是从两个方面考虑，一是装设谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都是适用的二是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波，且功率因数可控制为，这通常适用于中小功率装置或系统中比较集中的主要谐波源的电力电子装置。

3.1 采用LC组成的无源调谐滤波器(Passive Power Filter)以前传统的谐波补偿办法主要是采用LC组成的无源调谐滤波器，由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成。它利用电容、电感在谐波频率时发生谐振，提供谐波入地的低阻通路，使谐波导入大地脱离电网。它工作在基波时呈容性，能够同时补偿电网中感性无功功率，具有结构简单、技术成熟、前期投资少、功率容量大、运行可靠性高、运行费用低等优点，一直被广泛使用。

3.2 有源电力滤波器(Active Power Filter-APF)有源滤波器是20世纪80年代以来逐渐兴起的谐波抑制新方法，目前已经成为谐波抑制的一种趋势。有源电力滤波器也是电力电子装置，原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个大小相同极性相反的谐波电流，从而达到补偿谐波的效果，使电网电流只含有基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，补偿特性不受电网阻抗的影响，因而受到广泛的重视，日本在这方面的研究与应用走在世界前列。一些世界知名电气设备制造商也都有各自的APF产品。

3.3 高功率因数变流器整流装置是电力系统的主要谐波源。对整流装置改进，使其尽量不产生谐波，并且电流电压同相位，称高功率因数整流器或高功率因数变流器。主要包括，采用整流电路的多重化，采用PWM(脉宽调制Pulse Width Modulation)整流电路，采用带斩波器的二极管整流电路，矩阵式变频电路等等。

4 结语

电网谐波是影响电能质量的一个重要方面，现代建筑中谐波主要来自于两方面，一是来自公用电网本身具有一定的谐波含量，对敏感的电子设备的正常运行构成了严重威胁，甚至毁坏硬件，数据丢失，所造成的经济损失是巨大的。二是现代建筑中大量的非线性负荷如电子设备及电气设备形成的谐波源对配电系统污染严重，导致配电系统的电压、电流发生畸变，产生谐波。

参考文献：

[1]王琮泽，周佳峰，池耀丹.谐波电流的产生和谐波电流引发的问题的研究[J].长春理工大学学报(高教版).2007.04.

[2]王少杰，罗安.新型谐波电流预测技术研究[J].电气传动.2008.10.

作者简介：

袁恒（1985—），男，山东省城建设计院二分院

王丽娟（1983—），女，山东省城建设计院二分院

作者：袁恒 王丽娟