諧波如何產(chǎn)生范文

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諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波。

諧波頻率是基波頻率的整倍數(shù)，根據(jù)法國數(shù)學(xué)家傅立葉（m.fourier）分析原理證明，任何重復(fù)的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波分量。諧波是正弦波，每個諧波都具有不同的頻率、幅度與相角。諧波可以區(qū)分為偶次與奇次諧波。在平衡的三相系統(tǒng)中，由于對稱關(guān)系，偶次諧波已經(jīng)被消除了，只有奇次諧波存在，奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大。我國工業(yè)企業(yè)也越來越多的使用產(chǎn)生諧波的電氣設(shè)備，例如晶閘管電路供電的直流提升機、交-交變頻裝置、軋鋼機直流傳動裝置、晶閘管串級調(diào)速的風(fēng)機水泵和冶煉電弧爐等。這些設(shè)備取用的電流是非正弦形的，其諧波分量使系統(tǒng)正弦電壓產(chǎn)生畸變。諧波電流的量取決于諧波源設(shè)備本身的特性及其工作狀況，而與電網(wǎng)參數(shù)無關(guān)，故可視為恒流源。各種晶閘管電路產(chǎn)生的諧波次數(shù)與其電路形式有關(guān)，稱為該電路的特征諧波。除特征諧波外，在三相電壓不平衡，觸發(fā)脈沖不對稱或非穩(wěn)定工作狀態(tài)下，上述電路還會產(chǎn)生非特征諧波。進(jìn)行諧波分析和計算最有意義的是特征諧波，如果5，7，11，13次等。如直流側(cè)電流波紋較大，則5次諧波幅值將增大，其余各次諧波幅值將減少。當(dāng)電網(wǎng)接有多個諧波源時，由于各諧波源的同次諧波電流分量的相位不同，其和將小于各分量的算術(shù)和。變壓器激磁電流中含有3，5，7等各次諧波分量。由于變壓器的原副邊繞組中總有一組為角形接法，為3次諧波提供了通路，故3次諧波電流不流入電網(wǎng)。但當(dāng)各相激磁電流不平衡時，可使3次諧波的殘余分量（最多可達(dá)20%）進(jìn)入電網(wǎng)。

第二篇。諧波及干擾的產(chǎn)生采用變頻器驅(qū)動的電動機系統(tǒng)，因其節(jié)能效果顯著、調(diào)節(jié)方便維護(hù)簡單、網(wǎng)絡(luò)化等特點，而被越來越多地應(yīng)用，但它的非線性、沖擊性的用電方式，帶來的干擾問題也倍受人們的關(guān)注。對于一臺變頻器來講，它的輸入端和輸出端都會產(chǎn)生高次諧波，輸入端的諧波還會通過輸入電源線對公用電網(wǎng)產(chǎn)生影響。諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波。

諧波頻率是基波頻率的整倍數(shù)，根據(jù)法國數(shù)學(xué)家傅立葉（m.fourier）分析原理證明，任何重復(fù)的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波分量。諧波是正弦波，每個諧波都具有不同的頻率、幅度與相角。諧波可以區(qū)分為偶次諧波與奇次諧波，第

3、

5、7次編號的為奇次諧波，而

2、

4、

6、8等為偶次諧波，如基波為50hz時，2次諧波為100hz，3次諧波則是150hz。一般地講，奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大。在平衡的三相系統(tǒng)中，由于對稱關(guān)系，偶次諧波已經(jīng)被消除了，只有奇次諧波存在。對于三相整流負(fù)載，出現(xiàn)的諧波電流是6n次諧波，例如

5、

7、

11、

13、

17、19等，變頻器主要產(chǎn)生

5、7次諧波。

3諧波的產(chǎn)生

從結(jié)構(gòu)上來看，變頻器有間接變頻器和直接變頻器之分。間接變頻器將工頻電流通過整流器變成直流，然后再經(jīng)過逆變器將直流變換成可控頻率的交流。而直接變頻器是將工頻電流直接變換成可控頻率的交流，沒有中間的直流環(huán)節(jié)。它的每相都是一個兩組晶閘管整流裝置反并聯(lián)的可逆電路。正反兩組按一定周期相互切換，在負(fù)荷上就獲得了交變輸出的電壓u0，u0的幅值決定于各整流裝置的控制角，頻率決定于兩組整流裝置的切換頻率。目前應(yīng)用較多的還是間接變頻器。

間接變頻器有三種不同的結(jié)構(gòu)方式。（1）用可控整流器變壓，用逆變器變頻，調(diào)壓和調(diào)頻分別是在兩個環(huán)節(jié)上進(jìn)行，兩者要在控制電路上協(xié)調(diào)配合；（2）用不控整流器整流斬波器變壓，用逆變器變頻，這種變頻器整流環(huán)節(jié)用斬波器，用脈寬調(diào)壓；（3）用不控整流器整流，用pwm逆變器變頻，這種變頻器只有采用可控關(guān)斷的全控式器件（如igbt等），輸出波形才會非常逼近正弦波。

無論哪一種變頻器，都大量使用了晶閘管等非線性電力電子元件，不管采用哪種整流方式，變頻器從電網(wǎng)中吸取能量的方式都不是連續(xù)的正弦波，而是以脈動的斷續(xù)方式向電網(wǎng)索取電流，這種脈動電流和電網(wǎng)的沿路阻抗共同形成脈動電壓降疊加在電網(wǎng)的電壓上，使電壓發(fā)生畸變，經(jīng)傅里葉級數(shù)分析可知，這種非同期正弦波電流是由于頻率相同的基波和頻率大于基波頻率的諧波組成。

4諧波的危害

一般來講，變頻器對容量相對較大的電力系統(tǒng)影響不很明顯，而對容量小的系統(tǒng)，諧波產(chǎn)生的干擾就不可忽視，它對公用電網(wǎng)是一種污染。諧波污染對電力系統(tǒng)的危害是嚴(yán)重的，主要表現(xiàn)在：

（1）諧波對供電線路產(chǎn)生了附加損耗。由于集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，使線路電阻隨頻率增加而提高，造成電能的浪費；由于中性線正常時流過電流很小，故其導(dǎo)線較細(xì)，當(dāng)大量的三次諧波流過中性線時，會使導(dǎo)線過熱、絕緣老化、壽命縮短以至損壞；

（2）諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作。對如發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)電機產(chǎn)生附加功率損耗、發(fā)熱、機械振動和噪聲；對斷路器，當(dāng)電流波形過零點時，由于諧波的存在可能造成高的di／dt，這將使開斷困難，并且延長故障電流的切除時間；

（3）諧波使電網(wǎng)中的電容器產(chǎn)生諧振。工頻下，系統(tǒng)裝設(shè)的各種用途的電容器比系統(tǒng)中的感抗要大得多，不會產(chǎn)生諧振，但諧波頻率時，感抗值成倍增加而容抗值成倍減少，這就有可能出現(xiàn)諧振，諧振將放大諧波電流，導(dǎo)致電容器等設(shè)備被燒毀；

（4）諧波引起公用電網(wǎng)局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，這就使上述危害大大增加，甚至引起嚴(yán)重的責(zé)任事故；

（5）諧波將使繼電保護(hù)和自動裝置出現(xiàn)誤動作，并使儀表和電能計量出現(xiàn)較大誤差；諧波對其他系統(tǒng)及電力用戶危害也很大：如對附近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者出現(xiàn)噪聲，降低通信質(zhì)量，重者丟失信息，使通信系統(tǒng)無法正常工作；影響電子設(shè)備工作精度，使精密機械加工的產(chǎn)品質(zhì)量降低；設(shè)備壽命縮短，家用電器工況變壞等。

5諧波的抑制

變頻器給人們帶來極大的方便、高效率和巨大的經(jīng)濟效益的同時，對電網(wǎng)注入了大量的諧波和無用功，使供電質(zhì)量不斷惡化。另一方面，隨著以計算機為代表的大量敏感設(shè)備的普及應(yīng)用，人們對公用電網(wǎng)的供電質(zhì)量要求越來越高，許多國家和地區(qū)已經(jīng)制定了各自的諧波標(biāo)準(zhǔn)。我國也分別于1984年和1993年通過了“電力系統(tǒng)諧波管理規(guī)定”和“gb/t-14549-93標(biāo)準(zhǔn)”，用以限制供電系統(tǒng)及用電設(shè)備的諧波污染。

抑制諧波的總體思路有三個：其一是裝置諧波補償裝置來補償諧波；其二是對電力系統(tǒng)裝置本身進(jìn)行改造，使其不產(chǎn)生諧波，且功率因數(shù)可控為1；其三是在電網(wǎng)系統(tǒng)中采用適當(dāng)?shù)拇胧﹣硪种浦C波。具體方法有以下幾種：

（1）采用適當(dāng)?shù)碾娍蛊?。變頻器的輸入側(cè)功率因數(shù)取決于裝置內(nèi)部的ac/dc變換電路系統(tǒng)，可利用并聯(lián)功率因數(shù)矯正dc電抗器，電源側(cè)串聯(lián)ac電抗器的方法，使進(jìn)線電流的thdv大約降低30%~50%，是不加電抗器諧波電流的一半左右；

（2）裝設(shè)有源電力濾波器。除傳統(tǒng)的lc調(diào)試濾波器目前還在應(yīng)用外，當(dāng)前抑制諧波的一個重要趨勢是采用有源電力濾波器，它串聯(lián)或是并聯(lián)于主電路中，實時從補償對象中檢測出諧波電流，由補償裝置產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等、

方向相反的補償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波電流。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補償，其特性不受系統(tǒng)的影響，無諧波放大的危險，因而倍受關(guān)注，在日本等國已獲得廣泛應(yīng)用；

（3）采用多相脈沖整流。在條件允許或是要求諧波限制在比較小的情況下，可采用多相整流的方法。12相脈沖整流的thdv大約為10%~15%，18相的為3%~8%，完全滿足國際標(biāo)準(zhǔn)的要求。其缺點是需要專用變壓器，不利于設(shè)備的改造，成本費用較高；

（4）使用濾波模塊組件。目前市場上有很多專門用于抗傳導(dǎo)干擾的濾波模塊或組件，這些濾波模塊具有較強的抗干擾能力，同時還具有防用電器本身的干擾傳導(dǎo)給電源，有些還兼有吸收尖峰電壓的功能，對各類用電設(shè)備大有益處；

（5）開發(fā)新型的變流器。大容量的變流器減少諧波的主要方法是采用多重化技術(shù)。幾千瓦到幾百千瓦的高功率因數(shù)整流器主要采用pwm逆變器可構(gòu)成四象限交流調(diào)速變頻器，這種變頻器不但輸出電壓、電流為正弦波，而且輸入電流也為正弦波，且功率因數(shù)為1，還可以實現(xiàn)能量的雙向傳遞，代表了這一技術(shù)的發(fā)展方向；

（6）選用d-yn11接線組別的三相配電變壓器。三相變壓器中把高壓側(cè)繞組接成三角形，低壓繞組為星型且中性點和“11”連接以保證相電動勢接近于正弦形，從而避免了相電動勢波形畸變的影響。此時，由地區(qū)低壓電網(wǎng)供電的220v負(fù)荷，線路電流不會超過30a，可用220v單相供電，否則應(yīng)以220/380v三相四線供電；

減少或削弱變頻器諧波的方法還有：

（1）在變頻器與電動機之間增加交流電抗器，以減少傳輸過程中的電磁輻射；

（2）使用具有間隔層的變壓器，可以將絕大部分的傳導(dǎo)干擾隔離在變壓器之前；

（3）采用具有一定消除高頻干擾的雙積分a/d轉(zhuǎn)換器；

（4）信號線與動力線分開配線，盡量使用雙膠線降低共膜干擾；

（5）選用具有開關(guān)電源的儀表等低壓電器；

（6）在使用單片機、plc等為核心的控制系統(tǒng)中，在編制軟件的時候適當(dāng)增加對檢測信號和輸出控制部分的軟件濾波，以增加系統(tǒng)自身的抗干擾能力。

6小結(jié)

變頻器的使用給人們帶來了極大的方便和巨大的經(jīng)濟效益，它必將更為廣泛地使用，但是由于它特有的工作方式，給公用電網(wǎng)帶來了一定的破壞，成為電網(wǎng)主要污染源之一，所以，分析和研究抑制諧波的方法將成為一個非常重要的課題。

作好信號線的抗干擾

信號線承擔(dān)著檢測信號和控制信號的傳輸任務(wù)，毋庸置疑，信號傳輸?shù)馁|(zhì)量直接影響到整個控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性，因此做好信號線的抗干擾是十分必要的。

對于信號線上的干擾主要是來自空間的電磁輻射，有常態(tài)干擾和共模干擾兩種。常態(tài)干擾的抑制常態(tài)干擾是指疊加在測量信號線上的干擾信號，這種干擾大多是頻率較高的交變信號，其來源一般是耦合干擾。抑制常態(tài)干擾的方法有：（1）在輸入回路接rc濾波器或雙t濾波器。

（2）盡量采用雙積分式a/d轉(zhuǎn)換器，由于這種積分器工作的特點，具有一定的消除高頻干擾的作用。

（3）將電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號再傳輸?shù)姆绞?，對于常態(tài)的干擾有非常強的抑制作用。

共模干擾的抑制共模干擾是指信號線上共有的干擾信號，一般是由于被測信號的接地端與控制系統(tǒng)的接地端存在一定的電位差所制，這種干擾在兩條信號線上的周期、幅值基本相等，所以采用上面的方法無法消除或抑制。對共模干擾的抑制方法如下：

（1）采用雙差分輸入的差動放大器，這種放大器具有很高的共模抑制比。（2）把輸入線絞合，絞合的雙絞線能降低共模干擾，由于改變了導(dǎo)線電磁感應(yīng)e的方向，從而使其感應(yīng)互相抵消，如圖6示。

（3）采用光電隔離的方法，可以消除共模干擾。

（4）使用屏蔽線時，屏蔽層只一端接地。因為若兩端接地，由于接地電位差在屏蔽層內(nèi)會流過電流而產(chǎn)生干擾，因此只要一端接地即可防止干擾。無論是為了抑制常態(tài)干擾還是抑制共模干擾，都還應(yīng)該做到以下幾點：（1）輸入線路要盡量短。

（2）配線時避免和動力線接近，信號線與動力線分開配線，把信號線放在有屏蔽的金屬管內(nèi)，或者動力線和信號線分開距離要在40cm以上。

（3）為了避免信號失真，對于較長距離傳輸?shù)男盘栆⒁庾杩蛊ヅ洹?/p>

5.在使用以單片機、plc、計算機等為核心的控制系統(tǒng)中，編制軟件的時候，可以適當(dāng)增加對檢測信號和輸出控制部分的軟件濾波，以增強系統(tǒng)自身的抗干擾能力。

五、總結(jié)

干擾的分布參數(shù)是很復(fù)雜的，因此在抗干擾時，應(yīng)當(dāng)采用適當(dāng)?shù)拇胧?，既要考慮效果，又要考慮價格因素，還要因現(xiàn)場情況而定。采用的措施只要能解決問題即可，往往過多的抗干擾措施有可能會產(chǎn)生額外的干擾，具體情況具體解決。

第三篇：高次諧波的產(chǎn)生及其治理高次諧波的產(chǎn)生及其治理

一、概述

目前，許多變電所的負(fù)荷中含有大量非線性負(fù)荷，如整流裝置、交-交變頻裝置、煉鋼電弧爐、中頻爐、電力機車、交流電焊機、高頻電焊機、中頻淬火爐、高頻淬火爐、計算機的開關(guān)電源、帶電子鎮(zhèn)流器的熒光燈等。供電給這些非線性負(fù)荷的系統(tǒng)電壓即使為理想正弦波，它們工作時的電流也是非正弦電流。這些非正弦電流波形按傅氏級數(shù)可以分解為基波及一系列不同頻率和振幅的諧波。諧波頻率為基波頻率的整數(shù)倍時，稱為高次諧波；其頻率為基波頻率的非整數(shù)倍時，稱為分?jǐn)?shù)諧波或旁頻波；其頻率低于基波頻率時，稱為次諧波。諧波電流流經(jīng)系統(tǒng)中包括發(fā)電機、輸電線、變壓器等各種阻抗元件時，必然產(chǎn)生非正弦的電壓降，使交流系統(tǒng)內(nèi)各點的電壓波形也發(fā)生不同程度的畸變。電壓畸變的程度取決于非線性負(fù)荷容量與電網(wǎng)容量的相對比值以及供電系統(tǒng)對諧波頻率的阻抗，畸變的電壓反過來對整流裝置從系統(tǒng)中取用的電流波形又有影響。因而諧波電流和諧波電壓是相伴而生、相互影響的。

二、諧波危害2.1通訊干擾

非線性負(fù)荷供電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波對與其鄰近的通訊線路產(chǎn)生靜電感應(yīng)及電磁感應(yīng)，在通訊系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生不良影響。

2.2同步發(fā)電機的影響

電力系統(tǒng)中的同步發(fā)電機，特別是以非線性負(fù)荷為主或以發(fā)電電壓直接供給非線性負(fù)荷的同步發(fā)電機，高次諧波對其有較大不良影響。諧波電流引起定子特別是轉(zhuǎn)子部分的附加損耗和附加溫升，降低了發(fā)電機的額定出力。

2.3對異步電動機的影響

諧波引起電機角速度脈動，嚴(yán)重時會發(fā)生機械共振。對電動機的功率因數(shù)和最大轉(zhuǎn)矩都有影響。

2.4對電力電容器的影響

由于電容器的容抗和頻率成反比，電力電容器對諧波電壓最為敏感。諧波電壓加速電容器介質(zhì)老化，介質(zhì)損失系數(shù)tgδ增大，容易發(fā)生故障和縮短壽命，諧波電流常易使電容器過負(fù)荷而出現(xiàn)不允許的溫升。電容器與電力系統(tǒng)還可能發(fā)生危險的諧振。此時，電容器成倍地過負(fù)荷，響聲異常，熔斷器熔斷，使電容器無法運行。伴隨著諧振，在諧振環(huán)節(jié)常出現(xiàn)過電壓，造成電氣元件及設(shè)備故障或損壞，嚴(yán)重時影響系統(tǒng)的安全運行。

2.5對電纜線路絕緣的影響

對電纜線路，非正弦電壓使絕緣老化加速，漏泄電流增大；當(dāng)出現(xiàn)并聯(lián)諧振過電壓時，可能引起放炮并擊穿電纜。

2.6對變壓器的影響諧波電壓使變壓器激磁電流增大，效率變低，并惡化其功率因數(shù)。諧波放大會造成主變聲音異常。

2.7對測量儀的影響

高次諧波會引起電度表誤差，諧波頻率愈高，誤差愈大，且均為負(fù)誤差。

2.8對繼電保護(hù)自動裝置等的影響

當(dāng)諧波電壓水平較高時，對供電系統(tǒng)的電壓自動調(diào)節(jié)的誤差有所增加。負(fù)序系統(tǒng)的高次諧波電流對具有負(fù)序電流諧波濾波裝置的繼電保護(hù)裝置有不良影響。諧波電流惡化甚至破壞利用電力線路作為聯(lián)系通道的遠(yuǎn)動裝置的工作。

2.9對整流裝置的影響

高次諧波對脈沖—相位控制的可控硅（晶閘管）整流裝置有較大影響，可能造成脈沖丟失而燒壞可控硅管。

由于諧波的這些危害，所以在設(shè)計和建設(shè)非線性負(fù)荷的配電時，必須滿足國家制訂的諧波標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》gb/t14549-93要求，采取抑制和消除諧波的措施。抑制和消除諧波，主要歸結(jié)為抑制和消除諧波電流，使電壓畸變率和系統(tǒng)注入公共連接點的諧波電流符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

三、公用電網(wǎng)諧波國家標(biāo)準(zhǔn)

國家標(biāo)準(zhǔn)gbt/14549-93中諧波電壓限值和諧波電流允許值如下：

3.1公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值見表1：表1電網(wǎng)標(biāo)稱電壓（kv）

電壓總畸變率（％）

各次諧波電壓含有率（％）

奇次

偶次

0.385.04.02.064.03.21.6

353.02.41.2

66

1102.01.60.8

3.2諧波電流允許值

3.2.1公共連接點的全部用戶向該點注入的諧波電流分量（方均根值）不應(yīng)超過表2中規(guī)定的允許值。當(dāng)公共連接點的最小短路容量不同于基準(zhǔn)短路容量時，表2中的諧波電流允許值的換算為：

ih=（sk1/sk2）×ihp

式中：sk1——公共連接點的最小短路容量，mva；sk2——基準(zhǔn)短路容量，mva；

ihp——表2中的第h次諧波電流允許值，a；ih——短路容量為sk1時的第h次諧波電流允許值。表2注入公共連接的諧波電流允許值標(biāo)準(zhǔn)電壓kv基準(zhǔn)短路容量mva

諧波次數(shù)及諧波電流允許值，

2345678

a910111213

0.3810786239622644192116281324

610043342134142411118.5167.113

10100262013208.5156.46.85.19.34.37.9

3525015127.7125.18.83.84.13.15.62.64.7

6650016138.1135.49.34.14.33.35.92.75.0

11075.129.669.64.06.83.03.22.44.32.03.7

續(xù)表2注入公共連接的諧波電流允許值標(biāo)準(zhǔn)電壓kv基準(zhǔn)短路容量mva

諧波次數(shù)及諧波電流允許值，a

1415161718192021222324250.381011129.7188.6167.88.97.1146.512

61006.16.85.3104.79.04.34.93.97.43.66.8

101003.74.13.26.02.85.42.62.92.34.52.14.1352502.22.51.93.61.73.21.51.81.42.71.32.5

665002.32.62.03.81.83.41.61.91.52.81.42.6

1107501.71.91.52.81.32.51.21.41.12.11.01.93.2.2同一公共接點的每個用戶向電網(wǎng)注入的諧波電流允許值按此用戶在該點的協(xié)議容量與其公共接點的供電設(shè)備容量之比進(jìn)行分配。分配的計算方式見下式：im=ih（si/st）1/α

式中：im——公共接點處第i個用戶的第h次諧波電流允許值，a；

ih——按式（1）換算的第h次諧波電流允許值，a；si——第i個用戶的用電協(xié)議容量，mva；

st——公共接點的供電設(shè)備容量，mva；α——相位迭加系數(shù)，按表3取值。表3h3571113

9（>13）偶次

α

1.11.21.41.81.92

四、諧波電流發(fā)生量4.1整流裝置諧波電流理論值

整流裝置諧波有特征諧波和非特征諧波之分，特征諧波是指整流裝置運行于正常條件下所產(chǎn)生的諧波。正常條件下的電源為三相對稱系統(tǒng)，供電回路為三相對稱回路。對于可控硅整流裝置而言，各相控制角及特性沒有差異。若整流裝置運行于非正常條件下除產(chǎn)生特征諧波外，還產(chǎn)生非特征諧波。

特征諧波具有間斷性幅值頻譜，其諧波次數(shù)由整流相數(shù)決定。可以用一個簡單的通式來表達(dá)。如以p代表相數(shù)（脈波數(shù)），k為正整數(shù)，則特征諧波次數(shù)為n=kp±1。

特征諧波幅值大小與重迭角γ和控制角α及容量有關(guān)，工程應(yīng)用可由曲線查得。

非特征諧波可能具有連續(xù)的幅值頻譜，其諧波次數(shù)不可能用一個簡單的通式來表達(dá)。非特征諧波幅值大小雖可從理論上加以推導(dǎo)，但很困難且不準(zhǔn)確。通常數(shù)值不大，工程上可取in=（0.15～0.2）i1/n。但個別工程由于整流裝置的控制角誤差而引起的非特征諧波值很大，甚至比特征諧波值還大。這時應(yīng)調(diào)整整流裝置的觸發(fā)系統(tǒng)，使非正常諧波值減小。否則，諧波濾波裝置的組數(shù)需增加，投資需增大。

4.2交流電弧爐諧波電流發(fā)生量

煉鋼電弧爐在熔化期間內(nèi)，由于電弧特性是非線性的，將產(chǎn)生大量的諧波電流，而且三相電流不平衡，具有較多的3次諧波。從電流波形看出，正負(fù)兩部分也是不對稱的，說明還存在偶次諧波。主要是2次諧波。

電弧爐諧波電流的頻率是一組連續(xù)頻譜，其中整數(shù)諧波

2、

3、

4、

5、

6、7次的幅值較大，而非整數(shù)次幅值較小。

在熔化期內(nèi)，諧波電流隨電弧電流變化，其峰值與均方根值相差很大。諧波濾波裝置設(shè)計不宜采用瞬時峰值，應(yīng)按最嚴(yán)重一段時間內(nèi)的諧波電流平均值考慮。對一運行的電弧爐，最好通過測試取得。對新建或無條件測試的可參考表三選取。表4n1234567

in/i11007~118~134~65~72~32~3

五、諧波治理方法

5.1增大供電系統(tǒng)對諧波的承受能力；提高系統(tǒng)的短路容量；采用較高電壓供電。

5.2減小諧波發(fā)生量。增加整流裝置的脈動數(shù)、增大換向電抗、改善觸發(fā)對稱度；同類型非線性負(fù)荷盡量集中供電，利用諧波源之間的相位不同相互抵消部分諧波。

5.3避免諧波放大和諧振，選擇合適的電容器組參數(shù)或采用合適參數(shù)串聯(lián)電抗器。

5.4安裝電力諧波濾波裝置加大系統(tǒng)的短路容量難以實現(xiàn)，增加整流器的等效相數(shù)也受到限制，當(dāng)?shù)刃鄶?shù)超過12相時，需增加移相設(shè)備，同時會帶來維修運行上的不便，安裝諧波濾波裝置就成了首選。諧波濾波裝置既能消除諧波，又能補償無功功率，提高功率因數(shù)，具有顯著的經(jīng)濟效益。

5.5抑制快速變化諧波的措施

快速變化的諧波源（如電弧爐、電力機車、晶閘管供電的軋機、卷揚機等）除產(chǎn)生諧波外，往往還引起供電電壓的波動和閃變，抑制快速變化諧波的技術(shù)措施就是在諧波源處并聯(lián)裝設(shè)靜補裝置，又稱動態(tài)無功補償裝置。靜補裝置的基本結(jié)構(gòu)是由快速可變的電抗器或電容器組合而成。

目前技術(shù)上較成熟，工程上應(yīng)用較多的有下述四種基本形式：

1.自飽和電抗器；

2.晶閘管控制電抗器；

3.晶閘管控制高漏抗變壓器；

4.晶閘管投切電容器。

我公司開發(fā)的“晶閘管過零觸發(fā)裝置”專利技術(shù)，應(yīng)用于晶閘管投切電容器動態(tài)諧波濾波裝置，其動態(tài)響應(yīng)速度達(dá)到了晶閘管控制電抗器動態(tài)諧波濾波裝置性能，其對諧波的吸收效果優(yōu)于晶閘管控制電抗器動態(tài)諧波濾波裝置。

5.6有源電力濾波器

有源電力濾波器是運用電力電子技術(shù)，向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相同、方向相反的電流，使流入電源的總諧波電流為零。

目前國內(nèi)有源電力濾波器產(chǎn)品功率較小，價格較高，尚未大量使用。

有源電力濾波器技術(shù)是諧波治理技術(shù)的發(fā)展方向。

六、電力高次諧波濾波裝置6.1諧波濾波裝置諧波器支路種類諧波濾波器大致分為以下幾種：（圖一）a：單調(diào)諧諧波濾波器：頻帶窄，濾波效果好，損耗小，調(diào)諧容易，是使用最多的一種類型。

b：雙調(diào)諧諧波濾波器：可代替兩個單調(diào)諧諧波濾波器，只有一個電抗器（l1）承受全部沖擊電壓，但接線復(fù)雜，調(diào)諧困難，僅在超高壓系統(tǒng)中使用。

c：一階高通諧波濾波器：因基波損耗大，一般不采用。d：二階高通諧波濾波器：通頻帶很寬，濾波效果好，但損耗比單調(diào)諧大，通常用于較高次諧波。

e：三階高通諧波濾波器：電容器利用率較高，基波損耗小，但濾波效果不如二階高通諧波濾波器，一般用于電弧爐濾波。

f：“c”式高通諧波濾波器：性能處于二階和三階高通諧波濾波裝置之間，r的基波損耗最小，適用于電弧爐諧波濾波裝置。

最常用的諧波濾波器為單調(diào)諧諧波濾波器和二階高通諧波濾波器。

6.2諧波濾波器的原理

我們以單調(diào)諧諧波濾波器為例來介紹一下諧波濾波裝置的原理：（圖二）

流入系統(tǒng)的諧波電流為：isn=in×xfn/（xfn+xsn）其中：

in——諧波電流發(fā)生量；isn——流入系統(tǒng)的諧波電流；xsn——系統(tǒng)的諧波阻抗；xfn——諧波濾波器的總諧波阻抗。

諧波濾波器的總諧波阻抗為：xfn=rfn+j（2πfl－1/（2πfc））其中：

xfn——諧波濾波器的總阻抗；rfn——諧波濾波器的總電阻f——流過諧波濾波器的電流的頻率l——電抗器的電感量c——電容器的電容量

當(dāng)在某次諧波下2πfl—1/（2πfc）=0時，isn=inrfn/（rfn+xsn）。

一般地，rfn＜＜xsn，此時isn＜＜in。

諧波電流絕大部分流入諧波濾波器，極小部分流入系統(tǒng)。這就是諧波濾波裝置吸收諧波的原理。

6.3諧波濾波裝置的設(shè)置原則諧波濾波裝置的設(shè)置原則如下：

a、諧波濾波裝置投運后，系統(tǒng)電壓總畸變率和流入系統(tǒng)電流必須滿足國家頒布的諧波管理規(guī)定。

b、諧波濾波裝置可安裝在總降變電所或車間。安裝于總降變電所可實現(xiàn)集中濾波和無功補償。安裝于車間可實現(xiàn)無功就地補償。兩者各有利弊。

c、諧波濾波裝置設(shè)計應(yīng)考慮背景諧波和近期發(fā)展的非線性負(fù)荷。留有一定裕量。

6.4諧波濾波裝置設(shè)計步驟

6.4.1設(shè)計諧波濾波裝置時用戶應(yīng)提供以下資料：

a、公共連接點（p.c.c.點）的最小短路容量（sk1，mva）。b、變壓器銘牌參數(shù)。c、每臺用電設(shè)備容量。

d、諧波源設(shè)備工作方式（整流方式、工作原理）e、最好能提供實測電能質(zhì)量參數(shù)。

6.4.2諧波濾波裝置容量的確定諧波濾波裝置總?cè)萘看_定的基本原則：

a、滿足濾波效果的要求，即保證流入系統(tǒng)的各次諧波電流和母線上的綜合電壓畸變率在國標(biāo)（gb/t14549-93）規(guī)定的范圍之內(nèi)。b、諧波濾波裝置的基波無功輸出要滿足無功功率補償?shù)男枰?。在滿足上述技術(shù)要求前提下，裝置容量不宜過大。一則會使投資增加，二則會使母線或系統(tǒng)電壓升高。

6.4.3諧波濾波裝置的支路設(shè)置

諧波濾波裝置一般分為幾個支路，根據(jù)諧波發(fā)生量的次數(shù)和大小設(shè)置各支路的參數(shù)，在滿足負(fù)載無功補償需要量、滿足公共連接點（p.c.c.點）的電壓畸變率和流入系統(tǒng)各次諧波電流要求的前提下，要避免在某次諧波頻率下產(chǎn)生并聯(lián)電流諧振，以保證諧波濾波裝置的長期安全運行。

諧波發(fā)生量的次數(shù)和大小由現(xiàn)場測試或理論計算確定?，F(xiàn)場測試能準(zhǔn)確測量出系統(tǒng)中存在的諧波量的次數(shù)和大小，為諧波濾波裝置的設(shè)計提供準(zhǔn)確的參數(shù)。

6.4.4諧波濾波裝置的結(jié)構(gòu)和性能

諧波濾波裝置由濾波電容器、調(diào)諧電抗器、微電感電阻器、柜架、開關(guān)柜等主要設(shè)備組合而成。一般裝有2—4個單調(diào)諧諧波濾波裝置，有時包括一個高通諧波濾波裝置或“c”式諧波濾波裝置，依不同場合具體參數(shù)優(yōu)化設(shè)計而定。

6.5諧波濾波裝置的運行操作與維護(hù)保養(yǎng)

a、濾波裝置必須嚴(yán)格按照設(shè)計要求進(jìn)行運行操作，投入諧波濾波裝置從低次往高次，切除諧波濾波裝置從高次往低次。b、高壓諧波濾波裝置運行時，任何人不得進(jìn)入安全網(wǎng)門內(nèi)。諧波濾波裝置切除后，經(jīng)10分鐘放電，并進(jìn)行可靠接地后，安全網(wǎng)門內(nèi)方可進(jìn)入。

c、當(dāng)諧波濾波裝置室溫度超過規(guī)定值時，應(yīng)啟動降溫設(shè)備。d、濾波電容器和調(diào)諧電抗器應(yīng)定期測量c（uf）、tgδ、l（mh）、絕緣電阻等。

e、諧波濾波裝置室應(yīng)定期清掃，遇有風(fēng)雪或風(fēng)沙天氣，應(yīng)關(guān)閉門窗。

我公司擁有多套諧波濾波裝置的設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試、運行經(jīng)驗。我們愿為您提供以下服務(wù)：a、諧波在線測量

包括各種非線性負(fù)荷的諧波電流發(fā)生量、引起供電線母線電壓正弦波形畸變率、電力系統(tǒng)背景諧波等。b、諧波評估

實測或理論計算諧波發(fā)生量及其危害的預(yù)測，并提出治理的初步方案。

c、濾波裝置的優(yōu)化設(shè)計

包括設(shè)備參數(shù)選擇、最佳系統(tǒng)設(shè)計和主要組件的設(shè)備設(shè)計以及工廠設(shè)計。

d、提供濾波裝置成套設(shè)備，并進(jìn)行設(shè)備安裝或安裝指導(dǎo)。e、濾波裝置現(xiàn)場調(diào)諧試驗。f、現(xiàn)場裝置的指標(biāo)考核。

第四篇：供電系統(tǒng)中諧波的產(chǎn)生及抑制供電系統(tǒng)中諧波的產(chǎn)生及抑制

[摘要]本文主要介紹了供電系統(tǒng)中諧波的產(chǎn)生原因和它的危害，及抑制諧波的一般對策。

[關(guān)鍵詞]電網(wǎng)諧波危害抑制措施發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)

引言

近年來，產(chǎn)生諧波的設(shè)備類型及數(shù)量均已日劇增，并將繼續(xù)增長。本文主要介紹諧波產(chǎn)生的原因和它的危害，以及抑制供電系統(tǒng)諧波的一般對策。

一、概述

在理想情況下，優(yōu)質(zhì)的電力供應(yīng)應(yīng)該提供有正弦波的電壓。但在實際中供電電壓的波形會由于某些原因而偏離正弦波形，即產(chǎn)生諧波。我們所說的供電系統(tǒng)中的諧波之一是一些諧波為基波頻率（在我國取工業(yè)用電頻率50hz為基波頻率）整數(shù)倍的正弦波分量，又稱為高次諧波。這些非線性負(fù)荷在工作時向電源反饋高次諧波，導(dǎo)致供電系統(tǒng)的電壓，電流波形畸變，使電力變壞。諧波還會引起電氣設(shè)備附加損耗和發(fā)熱，縮短使用壽命，甚至損壞。諧波注入電網(wǎng)后使無功加大，功率因數(shù)降低，甚至有可能引發(fā)并聯(lián)或串聯(lián)諧振，損壞電氣設(shè)備以及干擾通信線路的正常工作。因此，諧波是電力質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。所以諧波問題引起各界的廣泛關(guān)注，為保證供電系統(tǒng)中所有的電氣、電子設(shè)備能在電磁兼容意義的基礎(chǔ)上進(jìn)行正常諧波的工作，必須采取有力的措施，抑制并防止電網(wǎng)因諧波危害所造成的嚴(yán)重后果。

二、什么是諧波。供電系統(tǒng)的諧波是怎么定義的。

“諧波”一詞起源于聲學(xué)。有關(guān)諧波的數(shù)學(xué)分析在18世紀(jì)和19世紀(jì)奠定了良好的基礎(chǔ)。傅利葉等提出的諧波分析方法至今仍被廣泛應(yīng)用。電力系統(tǒng)的諧波問題早在20世紀(jì)20年代和30年代就引起了人們的注意。當(dāng)時在德國，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。1945j.c.read發(fā)表的有關(guān)變流器諧波的論文是早期有關(guān)諧波研究的經(jīng)典論文。到了50年代和60年代，由于高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展，發(fā)表了有變流電力系統(tǒng)、工業(yè)、交流及家庭中的應(yīng)用日益廣泛，諧波所造成的危害也日趨嚴(yán)重。世界各國都對諧波問題予以充分和關(guān)注。國際上召開了多次有關(guān)諧波問題的學(xué)術(shù)會議，不少國家和國際學(xué)術(shù)組織都制定了限制電力系統(tǒng)諧波和用電設(shè)備諧波的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。

供電系統(tǒng)諧波的定義是對周期性非正弦電量進(jìn)行傅利葉級數(shù)分解，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值（n=fn/f1）稱為諧波次數(shù)。電網(wǎng)中有時也存在非整數(shù)倍諧波，稱為非諧波（non-harmonics）或分?jǐn)?shù)諧波。諧波實際上是一種干擾量，使電網(wǎng)受到“污染”。電工技術(shù)領(lǐng)域主要研究諧波的發(fā)生、傳輸、測量、危害及抑制。

三、諧波的產(chǎn)生

在理想的干凈供電系統(tǒng)中，電流和電壓都是正弦波的。再致函線性元件（電阻、電感及電容）的簡單電路里，流過的電流與施加的電壓成正比，流過的電流是正弦波。

在實際的供電系統(tǒng)中，由于有線性非負(fù)荷的存在，當(dāng)電流流過與所加電壓不成線性關(guān)系的負(fù)荷時，就形成非正弦波電流。任何周期頂波形均可分解為一個基頻正弦波加上許多諧波頻率的正弦波。諧波頻率是基頻的整數(shù)倍，例如基頻為50hz，二次諧波為100hz，三次諧波則為150hz。因此畸變的電流波形可能有二次諧波、三次諧波……可能直到第三十次諧波組成。

供電網(wǎng)諧波來自三方面：

1.發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生的諧波

發(fā)電機由于三相繞組在制作上很難做到絕緣對稱，鐵心也很難做到絕對平均抑制和其他一些原因，發(fā)電源多少也會產(chǎn)生一些諧波，但一般很少。

2.輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波

輸配電系統(tǒng)中主要是電力變壓器產(chǎn)生諧波，由于變壓器鐵芯的飽和，磁化曲線的非線性，加上設(shè)計變壓器是考慮經(jīng)濟性，其工作磁密度選擇在磁化曲線的近飽和段上，這樣就使得磁化電力城尖頂波形，因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結(jié)構(gòu)形式、鐵芯的飽和程度有關(guān)。鐵芯的飽和程度越高，變壓器工作點偏離線性越遠(yuǎn)，諧波電流也就越大，其中3次諧波電流可達(dá)額定電流的0.5%。

3.用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波

晶閘管整流設(shè)備。由于晶閘管整流在電力機車、鋁電解槽、充電裝置、開關(guān)電源大等許多方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用，給電網(wǎng)造成了大量的諧波。我們知道，晶閘管整流裝置采用移相控制，從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，顯然在留下部分中含有大量的諧波。如果整流裝置為單向整流電路，在接感性負(fù)載時則含有奇次諧波電流，其中3次諧波的含量可達(dá)基波的30%；接容性負(fù)載時則有奇次諧波電壓，其諧波含量隨電容值得增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋6脈沖整流器，變壓器原邊及供電線路含有5次及以上奇次諧波電流;如果是12脈沖整流器，也有11次及以上奇次諧波電流。經(jīng)統(tǒng)計表明：有整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的近40%，這是最大的諧波源。

變頻裝置。變頻裝置常用于風(fēng)機、水泵、電梯等設(shè)備中，由于采用了相位控制，諧波成分很復(fù)雜，除含有整數(shù)次諧波外，還含有份數(shù)次諧波，這類裝置的功率他、一般較大，隨著變頻調(diào)速的發(fā)展，對電網(wǎng)造成的諧波也越來越多。

電弧爐、電石爐。由于加熱原料時電爐的三相電極很難同時接觸到高地不平的爐料，使得燃燒不穩(wěn)定，引起三相負(fù)荷比平衡，產(chǎn)生諧波電流，經(jīng)變壓器的三角形連接線圈而注入電網(wǎng)。其中主要是27次的諧波，平均可達(dá)基波的8%、20%，最大可達(dá)45%。

氣體放電光源。熒光燈、高壓汞燈、高壓納燈與金屬鹵化物燈等屬于氣體放電類電光源。分與測量也累電源的伏安特性，可知其非線性十分嚴(yán)重，有的還含有負(fù)的伏安特性，他們會給電網(wǎng)造成奇次諧波電流。

家用電器。電視機、錄像機、計算機、調(diào)光燈具、調(diào)溫炊具等，因具有跳崖整流裝置，會生產(chǎn)較深的奇次諧波。在洗衣機、電風(fēng)扇、空調(diào)等有繞組的設(shè)備中，因不平衡電流的變化也能使波形改變。這些家用電器雖然功率較小，但數(shù)量巨大，也是諧波的主要來源之一。

隨著電力電子設(shè)備使用的不斷增加，同時這些設(shè)備產(chǎn)生的諧波又具有較大的振幅，所以目前它們是供電系統(tǒng)中的主要諧波源。

四、諧波的危害

以前由于接入供電系統(tǒng)的非線性設(shè)備較小，綁在系統(tǒng)中引起的諧波電流也很小，所以對電力質(zhì)量的影響不大。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展人們的生活水平日益提高，使用大功率半導(dǎo)體開關(guān)器件以及此類開關(guān)電源的產(chǎn)品，如電視機、空調(diào)器、節(jié)能燈、調(diào)光器、洗衣機、微波爐，信息技術(shù)設(shè)備等雖屬涌入居民家庭，雖然每臺設(shè)備向電網(wǎng)注入的諧波電流不大，但這些設(shè)備數(shù)量大、分布廣。有些家用電器如電視機、空調(diào)器等在使用時具有集中的特點，在某些時段會使注入到電網(wǎng)的諧波電流對公用造成諧波問題特別突出，這不但使接入該電網(wǎng)的設(shè)備無法正常工作，甚至造成故障，而且還會使供電系統(tǒng)中性線承受的電流超載，影響供電系統(tǒng)的電力輸送。因此諧波問題得到各有關(guān)方面的高度重視。

供電系統(tǒng)中的諧波危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（一）增加了發(fā)、輸、供和用電設(shè)備的附加損耗，使設(shè)備發(fā)熱，降低設(shè)備的效率和利用率。

由于諧波電流的頻率為基波頻率的整數(shù)倍，高頻電流流過導(dǎo)體時，因集膚效率的作用，使導(dǎo)體對諧波電流的有效電阻增加，從而增加了設(shè)備功率損耗、電能損耗、使導(dǎo)體的發(fā)熱嚴(yán)重。

1.對電動機的影響

諧波對電動機的危害主要是產(chǎn)生附加損耗和轉(zhuǎn)矩。由于集膚效應(yīng)、磁滯、渦流等隨著頻率的增高而使在電動機的鐵芯和繞組中產(chǎn)生的附加損耗增加.諧波電流產(chǎn)生的諧波轉(zhuǎn)矩對電動機的平均轉(zhuǎn)矩的影響不大，但諧波會產(chǎn)生顯著的脈沖轉(zhuǎn)矩，可能出現(xiàn)電機轉(zhuǎn)軸扭曲振動的問題。這種振蕩力矩是電機的轉(zhuǎn)子元件發(fā)生扭振，會縮短電動機使用壽命，甚至損壞。

2.對變壓器的影響

諧波電流式變壓器的銅耗增加，特別是3次及其倍數(shù)次諧波對三角形連接的變壓器，會在其繞組中形成環(huán)流，使繞組過熱;對全星形連接的變壓器。當(dāng)繞組中性點接地，而該側(cè)電網(wǎng)中分布電容較大或者裝有中性點接地的并聯(lián)電容器時?？赡艹?次諧波諧振，使變壓器附加損耗增加。

3.對輸出電線路的影響

諧波電流使輸電線路的電能損耗增加。當(dāng)注入電網(wǎng)的諧波頻率位于在網(wǎng)絡(luò)諧振點附近的諧振區(qū)內(nèi)時，對輸電線路和電力電纜線路會造成絕緣擊穿。

4.對電力電容器的影響

含有電力諧波的電壓加在電容器兩端時，由于電容器對電力諧波阻抗很小，諧波電流疊加在電容器的基波上，使電容器電流變大，溫度升高，壽命縮短，引起電容器過負(fù)荷甚至爆炸，同時諧波還可能與電容器一起在電網(wǎng)中造成電力諧波諧振，使故障加劇。

（二）影響繼電保護(hù)和自動裝置的工作和可靠性

特別對于電磁式繼電器來說，電力諧波常會引起繼電保護(hù)及自動裝置誤動或拒動，使其動作失去選擇性，可靠性降低，容易造成系統(tǒng)事故，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全運行。

（三）影響電力測量和計量儀器的指示和計量準(zhǔn)確性

在有諧波源的情況下，諧波源用戶處的電能表記錄了該用戶吸收的基波電能并扣除一小部分諧波電能，從而諧波源雖然污染了電網(wǎng)，卻反而少交電費；而與此同時，在線性負(fù)荷用戶處，電能表記錄的該用戶吸收的基波電能及部分的諧波電能，這部分電能不但使線性負(fù)荷性能變壞，而且還要多交電費。電子式表更不利于供電部門而有利于非線性負(fù)荷用戶。

（四）干擾通訊信息通的工作

電力線路上流過的幅值較大的奇次低頻諧波電流通過磁場耦合時，會在鄰近電力線的通信線路中產(chǎn)生干擾電壓，干擾通信系統(tǒng)的工作，影響通信線路通話的清晰度，甚至在極端的情況下，還會威脅著通信設(shè)備和人員的安全。

（五）對用電設(shè)備的危害

諧波會使電視機、計算機的圖形畸變，畫面亮度發(fā)生波動變化，并使機內(nèi)的元件出現(xiàn)過熱，使計算機及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤。對于帶有啟動鎮(zhèn)流器和提高功率因數(shù)用電容器的熒光燈及汞燈來說，會因為在一定參數(shù)的配合下，形成某次諧波頻率下的諧振，使鎮(zhèn)流器或電容器因過熱而損壞。對于采用晶閘管的變頻裝置，諧波可能使晶閘管誤動作，或使控制回路誤觸發(fā)。

（六）諧波對人體的影響