詳解三次諧波以及其危害和解決方案

從圖中可知，中線(xiàn)上的電流脈沖數是相線(xiàn)上的電流脈沖數的3倍，根據電流有效值的計算方法，中線(xiàn)上的電流會(huì )達到相線(xiàn)的1.7倍。如果整流電路的電流的脈寬大于60°，就會(huì )在中線(xiàn)上發(fā)生重疊現象，這時(shí)中線(xiàn)上的一部分電流發(fā)生抵消，實(shí)際的零線(xiàn)電流會(huì )小于相線(xiàn)電流的1.7倍。

前面我們從電流波形的角度解釋了單相整流電路必然導致零線(xiàn)電流過(guò)大的的現象。

讀者可能還會(huì )有疑惑，為什么零線(xiàn)上的諧波電流以三次為主呢。這是因為兩個(gè)原因。第一，單相整流電路產(chǎn)生的諧波成分中，以三次為最大，三次諧波畸變率通常達到80%以上。

第二，其他次數的諧波電流在零線(xiàn)上會(huì )有抵消的效果，唯有三次不會(huì )。

單相整流電路產(chǎn)生3次諧波電流，由于三相電的每相基波電流之間相位相差120°，因此3次諧波電流的相位相差360°(3×120° =360°)，對于交流電而言，相位相差360°意味它們是同相位的。

因此，3次諧波電流在零線(xiàn)上是算數疊加的。這就是三次諧波的特殊性。

讀者可能會(huì )想到，不僅三次諧波具有這樣的特性，只要是基波頻率3倍頻率的諧波都應該具有這樣的特性。確實(shí)如此，這些頻率是基波頻率3倍的諧波稱(chēng)為3倍頻諧波，他們在中線(xiàn)上都是算術(shù)疊加的。但是6、9次以及更高的3倍頻諧波很小，甚至沒(méi)有，因此不予考慮。

解決三次諧波的方法

前面討論了三次諧波的危害。讀者可能更關(guān)心如何解決這些問(wèn)題。雖然市場(chǎng)上有很多解決方法：陷波電路的無(wú)源濾波器、曲折變壓器、有源濾波器、零線(xiàn)諧波阻斷器等，但是，綜合各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，航天綠電推薦有源濾波器和零線(xiàn)阻斷器兩種方法。這兩種方法行之有效，并且沒(méi)有明顯的負作用。

1. 有源濾波器(PSW)：當對電壓畸變率有較高的要求時(shí)使用。需要注意的是，有源濾波器僅對其安裝位置的上游有作用，對于下游沒(méi)有任何效果。因此要注意安裝的位置。不能安裝在變壓器的下端，這樣僅能夠降低變壓器的溫度，對于降低零線(xiàn)溫度沒(méi)有任何作用。有源濾波器的方案的缺點(diǎn)是成本很高。

2. 零線(xiàn)諧波電流阻斷器(NBF)：如果對于電壓畸變率沒(méi)有嚴格的要求，僅是為了消除3次諧波電流的種種不良影響，使用零線(xiàn)諧波電流阻斷器是性?xún)r(jià)比最高的方法。只要在變壓器的次級安裝一臺NBF，就能夠保護整個(gè)系統免受三次諧波電流的危害。但是NBF作用僅在于消除3次諧波電流的影響，對于改善整個(gè)系統的電能質(zhì)量效果很小。

用PSW解決3次諧波電流

用有源濾波器解決諧波的問(wèn)題是個(gè)理想的方案。但是需要注意的是，有源濾波器僅對上游的線(xiàn)路具有清除諧波的效果，而對于下游線(xiàn)路沒(méi)有任何效果。

因此，如果采用有源濾波器的方法，就要在分配電箱處安裝。如果僅在變壓器的下端安裝，就對變壓器具有保護作用，而對零線(xiàn)沒(méi)有任何效果。

如果分配電箱中有繼電保護裝置，則這些繼電保護裝置仍然可能出現誤動(dòng)作的現象。