什么是谐波？谐波对电子设备有何影响？

什么是谐波？根据定义，谐波是一种信号或波，其频率是参考波或信号频率的整数倍。我们可以进一步将谐波定义为信号或波的频率与参考信号或波的频率之比。

几乎所有信号都由谐波频率的能量和基频的能量组成。在无线通信领域，他们设计发射器以在谐波频率下发射标称量的能量。通常，无线设备的设计是针对单一频率的；例如，智能手机的无线电只能连接到2.4 GHz频段。

谐波频率的信号输出可能会对其他广播或通信造成干扰。例如，92.3 MHz（FM 波段）的广播信号将具有 184.6 MHz 的二次谐波和276.9 MHz的三次谐波。此外，如果足够强，所有或至少部分这些谐波信号可能会干扰其他无线服务。

一、非线性器件和谐波

在电力系统中，谐波是系统基频的倍数的电流或电压。非线性设备或负载，如饱和磁设备、放电照明和整流器，通过它们的作用产生这些谐波。

电网内的谐波频率通常会影响系统功能，这会转化为所产生电力的整体质量问题。电力系统中的谐波会转化为电机中的扭矩脉动、变速驱动器中的失火以及导体和设备中的发热。

二、电力系统中的电流谐波

在典型的交流电源系统中，电流以特定频率正弦波动，通常为50或60赫兹。当我们将线性电气设备或负载连接到系统时，它会以与电压相同的频率吸收电流（正弦波），通常是异相的。但是，当将非线性设备或负载连接到电力系统时，情况并非如此。

这是因为非线性负载通过它们的动作产生电流谐波。此外，当我们将整流器等非线性设备连接到系统时，它会吸收通常不是正弦曲线的电流。更重要的是，电流波形可能会变得有些复杂，这取决于它与系统中其他组件的交互以及设备或负载的类型。无论复杂程度如何，根据傅里叶级数分析，电流波形都可以分解为基本的正弦曲线。这些正弦曲线从电力系统的基频开始，出现在基频的整数倍处。

非线性设备或负载的其他示例包括：打印机、电脑、荧光灯、变速驱动器、电池充电器。

三、电力系统中谐波的引入

我们将谐波定义为基频的正整数倍。基频的三次倍数称为三次谐波。正是这种精确类型的谐波是非线性设备或负载作用的产物。这些类型的非线性器件包括半导体器件，即MOSFET、晶体管、二极管和IGBT（绝缘栅双极晶体管）。

尽管半导体是谐波的主要提供者，但饱和的变压器也会产生谐波。就电动机而言，除非它们达到饱和水平，否则它们不会产生谐波。非线性设备或负载会在基波中引起干扰，从而产生其他类型的谐波。然而，我们将关注的谐波类型是三次谐波，因为它具有影响电力系统性能和功能的特定特性。

我相信您知道，电力系统通过相距 120 度的三相系统接收电源。当然，这种设计提供了更高的效率。在为其负载供电后，根据设计，它可以将相位添加到中性线，从而相互抵消。总体而言，这种设计也具有成本效益。但是，如果三相中存在三次谐波，则它们不会相互抵消。

一般来说，这种情况会导致中性线出现振荡电流，这当然是非常危险的。此外，这种危险是由于中性线的设计包含较小（尺寸）的导体，这些导体只能承载最小的电流。因此，为了消除三次谐波的影响，我们使用三角形连接。最后，这允许电流在连接周围循环，而不是让三相在中性线上结合。

注意：三角形连接是串联电气三相绕组的三角形排列，其中电路的三根导线中的每一根都连接到两个绕组的连接点。

四、电压谐波的影响

电流谐波是电压谐波的主要贡献者。由于来自源阻抗的电流谐波，电压源及其提供的电压会失真。您可以限制电压源的源阻抗；那么，电流谐波也会产生降低的电压谐波。通常，与电流谐波相比，电压谐波通常最小。

正是由于这个原因，我们可以使用电压的基频来近似电压波形。请记住，如果我们使用这个近似值，电流谐波不会影响传输到负载的实际功率。

总结起来，使用非线性设备或负载时，谐波是不可避免的。它对电力系统的影响包括性能降低、效率降低、成本增加和安全问题。请记住，当涉及电力系统时，我们必须解决这两种形式的谐波。一般来说，在无线通信领域内，谐波不仅会对相关设备产生负面影响，还会对其他服务产生负面影响。

以上就是英锐恩单片机开发工程师分享的“什么是谐波？谐波对电子设备有何影响？”。英锐恩专注单片机应用方案设计与开发，提供8位单片机、16位单片机、32位单片机。