詳解三次諧波以及其危害和解決方案

三次諧波的來源

三次諧波電流主要來自于單相整流電路。

圖示的是一個典型的單相整流電路，電路中的電容是平滑電容，大部分整流電路中都包含這個電容，否則直流電壓的紋波很大。這個電容是導致三次諧波電流的主要原因。

熟悉電路的人都知道，平滑電容的電壓被充電到交流電的峰值后，就維持在交流電峰值附近。當交流電的電壓低于電容上的電壓時，電網上沒有電流流入負載。這時，負載的電流由電容供給，隨著輸出電流，電容的電壓開始降低，在某個時刻，交流電的電壓會高于電容上的電壓，這時，電網上才會有電流流入電容(給電容充電，使電容上的電壓升高)和負載中。因此，電網僅在接近電壓峰值的時刻向負載輸入電流，電流的形狀為脈沖狀。

通過付立葉分析可知，這種脈沖狀的波形包含豐富的三次諧波成分。

3次諧波的典型故障

上圖是一個典型的配電系統。首先，建筑物的電力入口處是一臺變壓器，將中壓電(一般為10kV)變為低壓電。變壓器的初級為Δ形接法，次級為Υ接法。然后，通過不同的配電柜(箱)給建筑物中的不同負載供電。在布線時，要充分考慮三相負荷的平衡性。通常，零線的截面積與相線是相同的，有些建筑物中零線的截面積小于相線的截面積。

在這個系統中，3次諧波電流造成的危害具有十分典型的特征，當遇到以下這些故障現象，并且能夠確認負荷的種類屬于單相整流電路時，就可以初步判定是3次諧波電流的問題：

1. 變壓器的初級繞組溫度很高，盡管變壓器還沒有達到額定的功率。這是由于3次諧波電流在初級繞組中形成環流所致。

2. 過流保護裝置意外動作，雖然實際電流并沒有達到保護的閾值，這是由于包含3次諧波的電流在同樣有效值的條件下具有更大的峰值。

3. 零線電流超過相線電流，盡管3相的負荷平衡，往往導致零線過熱。這是本文要重點討論的一種現象。

三次諧波引起跳閘

上圖是單相整流電路中的電流波形。

常識告訴我們，電流的持續時間短了，要保持一定的有效值，就必須具有更高的峰值。