摘 要：本文叙述可控硅设备告辞谐波的产生及其危害并着重介绍高次谐波的抑制方法。

关键词：可控硅；高次谐波；抑制方法

由于可控硅设备在技术性能上和节能等方面有着突出的一系列优点，因而在冶金、机械、化工、交通和电力等部门得到越来越广泛的应用。与此同时这些可控硅设备（包括整流器、逆变器、功率控制器等）又是一个最主要的谐波源，给电网带来高次谐波的污染，近些年来，国外某些国家逐步找到了一些较好地解决办法，我国科技工作人员也在注意解决这一公害问题，本文首先就高次谐波的产生及危害性予以介绍，然后着重谈谈抑制高次谐波的方法.

1 高次谐波的产生及其危害

供电系统中出现高次谐波的原因，主要在于系统中存在着各种非线性元件，特别是大型的晶闸管变流设备和大型电弧炉，他们产生的高次谐波最为突出，产生高次谐波源很多，主要有变压器、电弧炉及可控硅设备，其中又以可控硅设备产生的高次谐波为多。由于目前的变频器几乎都采用PWM控制方式，这样的脉冲调制形式使得变频器运行时在电源侧产生高次谐波电流，并造成电压波形畸变，对电源系统产生严重影响。我们知道，电网流入可控硅设备的电流不是正弦波形，如可控硅整流器，既使是理想情况（三相交流系统完全对称，直流侧平波电抗器的感抗为无穷大，换流电抗等于零），由变流技术方面的知识分析得出；整流变压器付边绕组流过全方波电流，与之相对应的原边绕组流过梯形波电流。通过谐波分析可知；对于三相全控桥6脉冲整流器，变压器原边及供电线路含有5、7、11、13……次谐波电流。如果采用12脉冲整流器，也还有11、13、23、25……次谐波电流。在实际运行中，换流电抗不等于零，换相角不等于零；平波电抗器的感抗不可能为无穷大，输出直流必然会有脉动；三相交流系统也很难完全对称，因而其谐波成份会更加复杂与严重。

高次谐波的危害是很严重的，也是多方面的，归纳起来有以下几点：

1.使电网的电压与电流波形发生畸变，电能质量变坏；

2.对于变压器、电机、电抗器，谐波电流会产生额外的损耗，降低设备力率，缩短使用的寿命；

3.对于电容器、也可引起系统感抗的电容器容抗之间的并联谐振，造成电容器严重损坏，甚至爆炸；

4.对于通信，由于谐波电流的直接干扰与架空线的邻近干扰，使得噪声增大，严重影响通信通话的质量；

5.对于电气仪表、电子控制，谐波电流会使感应式测量仪表指针摆动，测量不准确；高频谐波产生的磁场会出现射频干扰，造成电子控制系流误动作；

6.对于可控制硅设备本身，由于谐波电流，会使电流调节器等工作不正常，从而影响设备的稳定运行。

2 高次谐波的抑制方法

为了减少高次谐波的影响，电力系统供电部门对用户要求流入电网的高次谐波电流不能造成对通信、仪表、控制线路的干扰，也不能影响某些设备，如电容器、电视、可控硅设备等的正常工作。对电网的总的要求是；用户流入该级电网的高次谐波电流加上该级原有的高次谐波电流使得谐波电压的含量不能超过下表所列数据：

u1--基波电压的有效值；

u2—u3—u4—各次谐波电压有效值。如果超过表中所列数据（实际上我国有些地方达到或超过），就必须采取措施加以抑制。对于可控硅设备产生的高次谐波，主要有下面一些和抑制方法：

1.整流变压器采用Y/△或△/Y接法。在Y/△接法中、可控硅设备的高次谐波电流通过付边△线组时，其中3的倍数的高次谐波电流由于三相相位相同，在△绕组中形成环流，能量损耗在绕组的电阻上，变压器铁芯中不能产生三次谐波磁通，原边Y绕组中就不感应3的倍数的电势与电流。在△/Y接法中，付边Y绕组中不能流过相位相同的3的倍数的高次谐波电流，使得变压器铁芯中出现3的倍数的谐波磁通，原边△绕组中感应出3的倍数的谐波电势，并在△绕组中形成相位一致的环流，能量损耗在绕组的电阻止，谐波电流不会流入电网。

因此整流变压器采用这两种接法，能有效地抑制3的倍数的高次谐波电流，这在实际工作中已经得到广泛应用。

2.增加整流相数。从前面的叙述可知，12脉冲整流比6脉冲整流减少了5、7、17、19……次高次谐波电流，这是因为整流相数越多，整流后直流电压的电流的脉动系统越小，高次谐波的含量也就越少。如果把常用的6脉冲整流改为12脉冲整流，则高次谐波电流可以减少到只占整个电流的1%，危害性大大降低。

3.采用调谐滤波器。调谐滤波器是有针对性的对某次或某几次含量大的谐波进行吸收的装置，一般由R、L、C等元件组成串联谐振回路，安装在变压器初级侧母线上。由于它对谐振的谐波电流呈现很小的阻抗，因而被吸收而不会流入电网。调整滤波器械有单调谐，双调谐与高通滤波器等几种型式，如图1所示，单调谐滤波器是对某次谐波的频率谐振，这两种滤波器的品质因素Q都很高；高通滤波器是在某高次（如11次）谐频率以上有很宽频带的低Q值滤波器，一般采用二阶型。

这里介绍单调谐滤波器的设计，我们知道串联谐振的条件是，式中是n次谐波的角频率，首先根据n次谐波电压

与电流的大小估算出滤波器的容量Sn，然后按照、 U1—

基波角频率与基波电压）计算电容量的大小，最后根据谐振条件计算出电感，电阻R的值根据滤波电路Ln、Cn允许通过的最大电

流来确定，以保证Ln、Cn的安全运行。

采用带移相绕组的整流变压器。这种方法适合有多台可控制硅设备的情况。如图2（a）所示有KP1、KP2、KP3三台设备，我们可以对KP1、KP3两台采用带移相绕组的整流变压器B1、B3，通过移相，使三台整流变压器的相位互差一个角度（当前多采用±7.5°或土10°的移相角），如图2（b）所示。这相当于交流侧电源组成脉动的18次的电压波形，改善了电网电压波形，能有效地抑制高次谐波的不良影响。

附带指出，带移相绕组的整流变压器其移相绕组的匝数相对主绕组匝数少得多，设计结构都不复杂（可参阅有关书藉资料），具有投资少、收效好的特点。

5、安装电抗器，在有无功补偿电容器的情况下，安装与电容器串联的电抗器，可以组成低通滤波器，调谐在最低次谐波频率以下，使整个系统失调，以减少高次谐波的影响。

6、采用性能良好的触发系统。在设计可控硅设备的触发系统时就考虑滤波问题，如采用“数字式控制”等方案。这往往比专门设置的抑制谐波电路更经济而又有效。

7、增加供电系统的短路容量。在设计供电系统时，设法加大系统的短路容量，使其大于可控硅设备容量的20倍，则可以减少流入系统的谐波电流的影响。

总之，谐波的发生影响整个电力系统的环境，如在通讯中因发生谐波噪声使通话质量下降，使控制和保护设备发生误动作以及使电力装置与系统过载，给电力系统正常运行造成危害，应当引起我们的高度重视。但只要我们下决心去解决，就一定能根据本地的实际情况找到适合的解决方法，造福于社会，也有利于自己。