谐波电压的4大来源、4大危害及其解决方案

       在工厂待过的朋友，肯定遇见过这种闹心事儿：电机莫名其妙发烫、变频器动不动就报错、电表跑得飞快，甚至连精密仪器都突然“罢工”。电工师傅们查来查去，却总也找不到原因，其实啊，根据青岛绿波杰能20多年从事变频器、中频炉等整流/逆变类设备/装置谐波这里的经验，这很可能是看不见摸不着的“电压谐波”在搞鬼！

一、谐波到底是啥玩意儿？

       咱们工厂里用的电，正常情况下是平滑的正弦波，就像平静的湖面。可一旦接上变频器、电焊机、节能灯这些设备，电流波形就会“变形”，生出一堆奇奇怪怪的“波浪”，这些多余的“波浪”就是谐波。它们的频率是正常电流的2倍、3倍、5倍……最高能到30倍，就像电流里的“噪音”，专门给电气设备添乱。

二、谐波从哪来？

       要治谐波，得先找到源头，揪出这些“捣蛋鬼”！工厂里的谐波，主要来自这几类设备：

1、电力电子设备是“大户”

       变频器、整流器、UPS、开关电源这些设备，是谐波的“主力军”。它们把交流电变成直流电，再变成交流电，过程中就会“制造”出大量谐波。比如工厂里的变频电机、数控机床，几乎都是谐波的“生产车间”。

2、电弧设备是“暴脾气”

       电弧炉、电焊机这些设备工作时，电流忽大忽小，就像“打摆子”，很容易产生谐波。而且它们功率大，产生的谐波破坏力也强，能让整个车间的电压都跟着“发抖”。

3、其他设备也“凑热闹”

       别小看了荧光灯、节能灯这些小玩意儿，它们也是谐波的“小作坊”。还有电脑、充电器这些电子设备，数量多了，产生的谐波加起来也不容小觑。

4、电网自己也会“出问题”

       有时候，发电机、变压器这些电网设备也会产生谐波。比如发电机的绕组制作不够对称，变压器铁芯饱和，都会让电流波形“变形”。不过这种情况比较少见，大部分谐波还是来自咱们工厂里的用电设备。

三、谐波有多坑？

       谐波看不见摸不着，但破坏力可不小，这些危害你得知道：

1、让设备“早衰”

       谐波电流会让电机、变压器的铜损、铁损增加，设备温度升高，就像人一直发高烧，寿命肯定长不了。比如原本能用10年的电机，遇上谐波可能5年就坏了。

2、让电表“跑得快”

       谐波会增加线路损耗，电表会把这些损耗也算成用电量，咱们就得多交冤枉钱。而且谐波还会让电表计量不准，明明没用到那么多电，账单却蹭蹭往上涨。

3、让设备“发疯”

       谐波会干扰控制设备和精密仪器，让变频器报错、PLC误动作、精密机床加工出次品。严重的话，还会让继电保护装置误跳闸，导致全厂停电，损失可就大了。

4、让电网“生病”

       谐波还会引起电网谐振，产生过电压、过电流，可能击穿线路或设备的绝缘，甚至引发火灾。而且谐波会污染电网，影响其他用户，邻居工厂的设备也可能跟着遭殃。

四、怎么治谐波？

       知道了谐波的危害，咱们就得想办法对付它。其实谐波不是什么“不治之症”，找对方法，轻松就能搞定！

1、从源头“掐断”谐波

       最好的办法就是让谐波少产生甚至不产生。比如：

1）用低谐波设备

       买变频器、UPS这些设备时，选带有低谐波认证的，比如IEEE 519标准认证的产品。有些高端变频器内置了电抗器，能从源头减少谐波。

2）增加整流相数

       把6脉整流改成12脉或24脉整流，能让谐波减少70%以上。比如工厂里的大型整流设备，改成12脉整流后，5次、7次谐波能降到原来的1/4。

3）装输入电抗器

       在变频器、中频炉这些谐波源的前端，加装MLAD-VR系列输入电抗器，能有效抑制谐波电流注入电网。比如给6脉波整流设备加装12%的电抗器，能把5次、7次谐波电流降下来一大截

2、用“滤波器”抓谐波

       如果谐波已经产生了，咱们就用滤波器把它“抓”出来。常用的滤波器有两种：

1）无源滤波器

       无源滤波器就是用电感和电容组成的“陷阱”，它能让特定次数的谐波（比如5次、7次、11次）乖乖钻进去，不跑到电网里捣乱。这种滤波器成本低，结构简单，维护也方便，适合那些谐波频谱稳定、负载变化小的场合，比如轧钢、中频冶炼。不过它也有缺点，只能滤除固定频率的谐波，要是谐波频率变了，它就不管用了，还可能跟系统发生谐振，反而把问题搞大。

2）有源电力滤波器

       有源电力滤波器就像一个“智能清洁工”，它能实时检测电网里的谐波电流，然后产生一个跟谐波电流大小相等、方向相反的电流，把谐波抵消掉。它能滤除2-50次的谐波，响应时间不到10毫秒，不管负载怎么变，它都能跟上，而且不会产生谐振。不过它的成本比较高，适合那些负载波动大、谐波频谱复杂的场景，比如自动化产线、数据中心。

3）混合型滤波

       如果预算有限，又想有好的效果，可以把无源滤波器和有源电力滤波器结合起来，用无源滤波器滤掉主要的特征谐波，用有源电力滤波器处理剩下的谐波。这种方案兼顾了经济性和性能，适合那些对电能质量要求高的综合型工厂。

3、优化电网“防”谐波

       除了用滤波器，咱们还可以通过优化电网结构，减少谐波的传播和影响：

1）换变压器接线方式

       把普通的变压器换成Dy11（Δ/Y）连接组别的，能有效阻断3次及3的整数倍零序谐波的流通路径。这样零线电流就不会过大，也不会干扰控制设备了。

2）用屏蔽电缆

       控制电缆用双绞屏蔽线，屏蔽层单端接地，能减少谐波带来的电磁干扰。比如PLC、数控机床的控制电缆，用屏蔽线后，误动作的概率会大大降低。

3）提高系统抗扰能力

       把普通接触器换成抗谐波型或者抗晃电型的，防止控制回路因为谐波而误动作。给精密仪器加装谐波保护器，能吸收高频谐波、脉冲尖峰，为设备提供稳定的电源。

4）做好接地

       接地要符合相关的标准，比方说变频器等谐波源的接地要与其它用电设备的接地分开，尤其是那些与那些弱电设备的接地分开，否则，容易干扰到其它用电设备。

4、日常维护“控”谐波

       谐波治理不是一劳永逸的，日常维护也很重要：

1）定期检测

       用电能质量分析仪定期检测电网的谐波含量，看看谐波有没有超标，有没有新的谐波源产生。一般要求电压畸变率小于5%，超过了就得及时处理。

2）清理设备

       定期清理变频器、变压器这些设备的滤网和风道，保证散热良好，避免因为设备过热而产生更多谐波。

3）规范操作

       正确设置变频器、UPS这些设备的参数，避免因为参数设置错误而产生谐波。比如变频器的加速时间不要设得太短，否则会产生大的冲击电流，增加谐波。

五、最后给大家提个醒

       谐波治理要讲究“对症下药”，先找到问题的根源，再选择合适的解决方案，别病急乱投医。比如谐波主要来自变频器，那就给变频器装输入电抗器；如果是全厂的谐波都超标，那就在低压母线装有源滤波器。而且谐波治理是个系统工程，最好找专业的公司来做，他们会根据工厂的实际情况，制定最合适的方案。

       总之，只要咱们重视谐波，找对方法，就能轻松搞定这个“隐形杀手”，让工厂里的电气设备都乖乖听话，少出毛病，多赚钱！