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谐波对各类用电设备的影响有哪些？
日期：2024-05-03 21:37
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摘要： 一、谐波对各种类型电动机的影响
由于集肤效应、磁滞、涡流等现象将随着谐波次数的增高而使得各类旋转电机的铁芯和绕组中产生的附加损耗增加。在通常的工业用户中，各类电动机负载往往要占整个负载的80%-85%。由此可见，谐波对一般的工业用户带来很大的不必要的电能损耗。此外，谐波造成的电机转子的脉冲转矩也将使电机的转轴产生振动，使设备造成疲劳过度而损坏。
二、谐波对各类变压器的影响
由于谐波造成的变压器铁芯的磁通量的减少和变压器绕组中的导线的集肤效应加大，也就是*通常的铁损、铜损增加、必然造成变压器工作温...
一、谐波对各种类型电动机的影响
由于集肤效应、磁滞、涡流等现象将随着谐波次数的增高而使得各类旋转电机的铁芯和绕组中产生的附加损耗增加。在通常的工业用户中，各类电动机负载往往要占整个负载的80%-85%。由此可见，谐波对一般的工业用户带来很大的不必要的电能损耗。此外，谐波造成的电机转子的脉冲转矩也将使电机的转轴产生振动，使设备造成疲劳过度而损坏。
二、谐波对各类变压器的影响
由于谐波造成的变压器铁芯的磁通量的减少和变压器绕组中的导线的集肤效应加大，也就是*通常的铁损、铜损增加、必然造成变压器工作温度上升，形成恶性循环，降低效率。一般来说，谐波容易造成星形变压器产生的谐振现象，对三角变压器在绕绕组中形成的环流而过热。
三、谐波对用户供电系统中电缆的影响
由于用户系统中导线阻抗的频率特性，导线的电阻会随着频率的升高而增加，又由于导线中集肤效应的作用，谐波会使得用户自身供电系统中导线的附加损耗增加。尤其值得注意的是这类谐波还会使得三相供电系统中的中性线的电流增大，导致中性线过载，大大浪费了用户的用电成本。
又由于输电导线不可避免的存在分布的线路电感和对地电容，当这类谐振产生的过电压和过电流反过来又对上述相关设备造成很大的危害。
四、谐波对各类电力电容（包括补偿电容）的影响
由于大部分电容器的电容对高次谐波呈现低阻抗，从而在高次谐波的影响下很容易被击穿，有的电容器和系统电路中的感抗组成的谐振回路的谐振频率等于或接近与某次谐波分量的频率时，就会使得谐波电流放大，引起电容过热，过电压而不能正常工作，或加速电容器老化，缩短寿命。
五、谐波对通信系统的干扰影响
通信系统少不了的换流设备和UPS设备本身是很严重的谐波源，这类设备产生的谐波频率一般在3-10KHz之间，该频率的谐波必然会干扰载波通信的正常工作，由此产生的干扰电压将会严重影响通信线路的通信质量，甚至在某些情况下还会造成通信线路的中断等严重后果。
六、谐波对自动化流水线、数控机床、工作母机类精密设备的影响
众所周知，绝大部分的数控类设备都通过一系列的交、直流电机，通过变频调速来控制的，在次过程中的谐波瞬间脉冲会引起控制元件的误动作，尤其是由于数控设备中的控制芯片中的电容受到谐波的影响，很容易老化甚至短路，引起设备不能工作。另外在这类精密加工设备的各类继电器的接触点上，在谐波的作用下很容易形成一个氧化碳的膜层，既增加了接触点的阻抗，又大大降低了控制器的灵敏度。
七、谐波对整流器器件的影响
任何一种整流装置在每一导通和换相过程中都会产生电压的突跳，从而形成大量的各次谐波存在，是公认的*大谐波源。这些谐波在给整流设备，电抗器，整流变压器带来过热、振动和噪音的同时，造成的电能的损耗是很大的，先仅就整流变压器作为例子来说明具体损耗的百分率：根据变压器的电能损耗公式：W（KWH）=M（磅）×△T（℃）×H（小时）×0.293×10-3这里W作为由于变压器温度升高的电能损耗数：M作为变压器的质量，用磅表示：△T作为温度边变换量，用华氏计算：△T=T2 –T1=（T2℃×9/5）-（T1℃×9/5）：H作为工作小时：0.293为常数。
例如一个10，000KVA的整流变压器，质量为10吨，约20，000磅，T从20℃升高到40℃即40×9/5-20×9/5=36℃=△T，一年工作以8小时计，则一年由于该变压器温升所消耗的电能为；W=20，000×36×8，000×0.293×10-3=1.687,680KWH(度)以10,000KVA的整流变压器正常工作的负载率为90%计算,一年共耗电:10,000×0.9×8,000=72,000,000KWH(度).则仅仅由于变压器升温所浪费的电能要占到总耗电的1,687,680/72,000,000=2.3% 。
八、谐波对诸如银行、海关、证券公司、机场等区域联网作业的用户的影响
为确保大区域联网工作的网络平台能正常运行，UPS设备对这类用户是必不可少的。但是UPS在整流充电过程中的谐波一方面会影响到计算机网络中来，造成网络莫名其妙的雪崩停机、出错、死机等。另一方面，这些谐波反过来有使UPS中的蓄电池内的极板加速氧化，而逐渐失效，严重的将根本起不到间断的电源的本身作用，从而对上述重要用户带来很大的危害。
九、谐波对雷达系统、测控设备的影响
航天航空的地面测控系统，雷达系统的正常工作关系到国家人民的巨大利益，设备供电电源中任何瞬时脉冲、浪涌和谐波都会引起各类精密测试仪器、控制系统一连串的不正常的反应，哪怕某一个继电器的接触点由于谐波造成的接触点表面形成阻抗很小的氧化膜，使继电器灵敏度降低而造成的危害将是无法弥补的。
十、谐波对各类蓄电池充电器设备的影响
无论是UPS中的蓄电池还是汽车、地铁、电动车甚至小到手机中的蓄电池，大家都做到普通的现象就是使用一段时间后蓄电池电量会大大低于原出厂标定值，有些生产这类蓄电池的厂家也会由于电池达不到设计值而想尽办法。其实真正的原因是在蓄电池的充电过程中电源中由于整流、换流等非线性原理，使谐波的含量很高，不但使各类蓄电池的极板表面严重氧化而充电不足，而且使充电过程中的电能的浪费达到惊人的程度。
十一、谐波对现代化医疗设备的影响
随着各种先进医疗设备（磁共振成像(MRI)、二维图像彩色B超仪、全身螺旋CT扫描仪、单（双）光子发射计算机断层扫描机、全自动生化仪、采用电磁波技术的碎石机、胃肠断层扫描机、高频电刀、多功能微波**仪等）的引进与使用，各种电子电路和电力电子技术在现代医院的应用，生物医学工程在现代化医院中所起的作用越来越重要。医疗设备的更新换代日新月异，医院的电磁环境发生了极大变化，而且这种变化愈演愈烈。现代化医院通过不断引入新型、复杂的电子医疗系统来提高医疗服务水平。但是，如果缺乏适当的防范措施，新设备系统的正常运转可能受到潜在的电磁干扰的威胁，进而降低新设备应带来的效益。高精尖的医疗设备更是决定着医疗服务水平。医疗仪器设备种类、规模和先进程度成为现代化医院的一个重要标志。然而现代科学技术这把"双刃剑"也悄然将电磁污染的阴影笼罩在医院上空。
电磁干扰、电磁敏感度和谐波干扰问题是医院投资人、管理人及现代电气工程设计和研究人员在设计过程中必须考虑的问题。一方面这是因为当前电子技术正朝着高频、高速、高灵敏度、高可靠性、多功能、小型化方向发展，导致了现代电子设备产生和接受电磁干扰的几率大大增加;另一方面，随着电力电子装置本身功率容量和功率密度的不断增大，电网及其周围的电磁环境遭受的污染（包括谐波干扰）也日益严重，电磁干扰不仅降低设备的整体效率，还会严重危及医护、病员的健康和生命，是个不容忽视的大问题，亟待重视。所以电磁干扰和谐波干扰已成为许多电子设备与系统能否在应用现场正常可靠运行的主要障碍之一。
十二、谐波对广电设备的影响
电视台演播设备和广播发射及接受设备由于使用了大量的数字化控制系统，大量的非线性设备的使用必然产生以高次谐波为主的各种电源污染。一般的数字逻辑控制设备对脉冲电压特别敏感，高频谐波电流会使导线回路及电子零件感应电压杂波，使电压畸变以至增加通过零电压的次数而使微电脑产生误动作，使设备造成莫名其妙的故障，影响到演播系统的正常工作。高次谐波不仅对数控设备造成影响，还会使可控硅调光灯的使用寿命大为降低，音频系统产生噪音，无线话筒产生杂音甚至无法工作等。
由于集肤效应、磁滞、涡流等现象将随着谐波次数的增高而使得各类旋转电机的铁芯和绕组中产生的附加损耗增加。在通常的工业用户中，各类电动机负载往往要占整个负载的80%-85%。由此可见，谐波对一般的工业用户带来很大的不必要的电能损耗。此外，谐波造成的电机转子的脉冲转矩也将使电机的转轴产生振动，使设备造成疲劳过度而损坏。
二、谐波对各类变压器的影响
由于谐波造成的变压器铁芯的磁通量的减少和变压器绕组中的导线的集肤效应加大，也就是*通常的铁损、铜损增加、必然造成变压器工作温度上升，形成恶性循环，降低效率。一般来说，谐波容易造成星形变压器产生的谐振现象，对三角变压器在绕绕组中形成的环流而过热。
三、谐波对用户供电系统中电缆的影响
由于用户系统中导线阻抗的频率特性，导线的电阻会随着频率的升高而增加，又由于导线中集肤效应的作用，谐波会使得用户自身供电系统中导线的附加损耗增加。尤其值得注意的是这类谐波还会使得三相供电系统中的中性线的电流增大，导致中性线过载，大大浪费了用户的用电成本。
又由于输电导线不可避免的存在分布的线路电感和对地电容，当这类谐振产生的过电压和过电流反过来又对上述相关设备造成很大的危害。
四、谐波对各类电力电容（包括补偿电容）的影响
由于大部分电容器的电容对高次谐波呈现低阻抗，从而在高次谐波的影响下很容易被击穿，有的电容器和系统电路中的感抗组成的谐振回路的谐振频率等于或接近与某次谐波分量的频率时，就会使得谐波电流放大，引起电容过热，过电压而不能正常工作，或加速电容器老化，缩短寿命。
五、谐波对通信系统的干扰影响
通信系统少不了的换流设备和UPS设备本身是很严重的谐波源，这类设备产生的谐波频率一般在3-10KHz之间，该频率的谐波必然会干扰载波通信的正常工作，由此产生的干扰电压将会严重影响通信线路的通信质量，甚至在某些情况下还会造成通信线路的中断等严重后果。
六、谐波对自动化流水线、数控机床、工作母机类精密设备的影响
众所周知，绝大部分的数控类设备都通过一系列的交、直流电机，通过变频调速来控制的，在次过程中的谐波瞬间脉冲会引起控制元件的误动作，尤其是由于数控设备中的控制芯片中的电容受到谐波的影响，很容易老化甚至短路，引起设备不能工作。另外在这类精密加工设备的各类继电器的接触点上，在谐波的作用下很容易形成一个氧化碳的膜层，既增加了接触点的阻抗，又大大降低了控制器的灵敏度。
七、谐波对整流器器件的影响
任何一种整流装置在每一导通和换相过程中都会产生电压的突跳，从而形成大量的各次谐波存在，是公认的*大谐波源。这些谐波在给整流设备，电抗器，整流变压器带来过热、振动和噪音的同时，造成的电能的损耗是很大的，先仅就整流变压器作为例子来说明具体损耗的百分率：根据变压器的电能损耗公式：W（KWH）=M（磅）×△T（℃）×H（小时）×0.293×10-3这里W作为由于变压器温度升高的电能损耗数：M作为变压器的质量，用磅表示：△T作为温度边变换量，用华氏计算：△T=T2 –T1=（T2℃×9/5）-（T1℃×9/5）：H作为工作小时：0.293为常数。
例如一个10，000KVA的整流变压器，质量为10吨，约20，000磅，T从20℃升高到40℃即40×9/5-20×9/5=36℃=△T，一年工作以8小时计，则一年由于该变压器温升所消耗的电能为；W=20，000×36×8，000×0.293×10-3=1.687,680KWH(度)以10,000KVA的整流变压器正常工作的负载率为90%计算,一年共耗电:10,000×0.9×8,000=72,000,000KWH(度).则仅仅由于变压器升温所浪费的电能要占到总耗电的1,687,680/72,000,000=2.3% 。
八、谐波对诸如银行、海关、证券公司、机场等区域联网作业的用户的影响
为确保大区域联网工作的网络平台能正常运行，UPS设备对这类用户是必不可少的。但是UPS在整流充电过程中的谐波一方面会影响到计算机网络中来，造成网络莫名其妙的雪崩停机、出错、死机等。另一方面，这些谐波反过来有使UPS中的蓄电池内的极板加速氧化，而逐渐失效，严重的将根本起不到间断的电源的本身作用，从而对上述重要用户带来很大的危害。
九、谐波对雷达系统、测控设备的影响
航天航空的地面测控系统，雷达系统的正常工作关系到国家人民的巨大利益，设备供电电源中任何瞬时脉冲、浪涌和谐波都会引起各类精密测试仪器、控制系统一连串的不正常的反应，哪怕某一个继电器的接触点由于谐波造成的接触点表面形成阻抗很小的氧化膜，使继电器灵敏度降低而造成的危害将是无法弥补的。
十、谐波对各类蓄电池充电器设备的影响
无论是UPS中的蓄电池还是汽车、地铁、电动车甚至小到手机中的蓄电池，大家都做到普通的现象就是使用一段时间后蓄电池电量会大大低于原出厂标定值，有些生产这类蓄电池的厂家也会由于电池达不到设计值而想尽办法。其实真正的原因是在蓄电池的充电过程中电源中由于整流、换流等非线性原理，使谐波的含量很高，不但使各类蓄电池的极板表面严重氧化而充电不足，而且使充电过程中的电能的浪费达到惊人的程度。
十一、谐波对现代化医疗设备的影响
随着各种先进医疗设备（磁共振成像(MRI)、二维图像彩色B超仪、全身螺旋CT扫描仪、单（双）光子发射计算机断层扫描机、全自动生化仪、采用电磁波技术的碎石机、胃肠断层扫描机、高频电刀、多功能微波**仪等）的引进与使用，各种电子电路和电力电子技术在现代医院的应用，生物医学工程在现代化医院中所起的作用越来越重要。医疗设备的更新换代日新月异，医院的电磁环境发生了极大变化，而且这种变化愈演愈烈。现代化医院通过不断引入新型、复杂的电子医疗系统来提高医疗服务水平。但是，如果缺乏适当的防范措施，新设备系统的正常运转可能受到潜在的电磁干扰的威胁，进而降低新设备应带来的效益。高精尖的医疗设备更是决定着医疗服务水平。医疗仪器设备种类、规模和先进程度成为现代化医院的一个重要标志。然而现代科学技术这把"双刃剑"也悄然将电磁污染的阴影笼罩在医院上空。
电磁干扰、电磁敏感度和谐波干扰问题是医院投资人、管理人及现代电气工程设计和研究人员在设计过程中必须考虑的问题。一方面这是因为当前电子技术正朝着高频、高速、高灵敏度、高可靠性、多功能、小型化方向发展，导致了现代电子设备产生和接受电磁干扰的几率大大增加;另一方面，随着电力电子装置本身功率容量和功率密度的不断增大，电网及其周围的电磁环境遭受的污染（包括谐波干扰）也日益严重，电磁干扰不仅降低设备的整体效率，还会严重危及医护、病员的健康和生命，是个不容忽视的大问题，亟待重视。所以电磁干扰和谐波干扰已成为许多电子设备与系统能否在应用现场正常可靠运行的主要障碍之一。
十二、谐波对广电设备的影响
电视台演播设备和广播发射及接受设备由于使用了大量的数字化控制系统，大量的非线性设备的使用必然产生以高次谐波为主的各种电源污染。一般的数字逻辑控制设备对脉冲电压特别敏感，高频谐波电流会使导线回路及电子零件感应电压杂波，使电压畸变以至增加通过零电压的次数而使微电脑产生误动作，使设备造成莫名其妙的故障，影响到演播系统的正常工作。高次谐波不仅对数控设备造成影响，还会使可控硅调光灯的使用寿命大为降低，音频系统产生噪音，无线话筒产生杂音甚至无法工作等。
