諧波電流與諧波電壓的關(guān)系

變頻器工作時(shí)，之所以產(chǎn)生諧波電流，是因?yàn)樽冾l器輸入端的整流電路阻抗不是一個(gè)定值，其阻抗著外加電壓的變化發(fā)生變化，這就導(dǎo)致整流器從電網(wǎng)吸取的電流不是正弦電流。

單相整流器由整流橋和平滑電容構(gòu)成。一般情況下，負(fù)載的電流由平滑電容供給，僅當(dāng)正弦波的電壓高于平滑電容的電壓時(shí)，才會(huì)有電流流入電容和負(fù)載中，因此僅在電壓峰值處產(chǎn)生脈沖狀，這種脈沖電流中包含了豐富的諧波成分。同樣的道理，三相整流器也會(huì)產(chǎn)生諧波電流，但是這時(shí)對(duì)應(yīng)每個(gè)波峰，不是一個(gè)脈沖電流，而是兩個(gè)脈沖電流。 

無論單相整流器還是三相整流器，他們的電流波形都發(fā)生了畸變，不再是正弦電流，因此包含了諧波成分。產(chǎn)生諧波電流的負(fù)載稱為非線性負(fù)載，與之對(duì)應(yīng)，不產(chǎn)生諧波電流的負(fù)載稱為線性負(fù)載。線性負(fù)載的阻抗不會(huì)隨著施加在其上面的電壓發(fā)生變化。這時(shí)，流過負(fù)載的電流I=U/R，這意味著電流I與電壓U是線性關(guān)系，線性負(fù)載由此得名。當(dāng)電壓為正弦波時(shí)，充過線性負(fù)載的電流依然為正弦電流，因此不會(huì)產(chǎn)生諧波電流成份。

理想的電阻、電感和電容都是線性負(fù)載。但是實(shí)際的電感可能是非線性負(fù)載，例如，帶有鐵芯的電感，其電感量隨著外加電壓而變化(隨之而來的是阻抗變化)，因此是非線性負(fù)協(xié)。變壓器產(chǎn)生諧波電流就是這個(gè)道理。 

非線性負(fù)載的阻抗隨著施加在其上的電壓 變化，這時(shí)流過它的電流與施加在它上面的電壓 不是線必關(guān)系，故稱其為非線性負(fù)載。對(duì)這樣的負(fù)載施加正弦波電壓時(shí)，流過負(fù)載的電流值不再是正弦波，其中包含量諧波成分。 

帶平滑電容的整流器是較常見的非線性負(fù)載，它產(chǎn)生的諧波電流與電路結(jié)構(gòu)有關(guān)。整流器從電網(wǎng)吸取脈沖電流，每個(gè)交流電周期整流出的脈沖稱為這個(gè)整流器的脈數(shù)。例如：對(duì)于單相整流電路，每個(gè)周期輸出2個(gè)直流脈沖，因此稱為二脈整流器;對(duì)于三相整流電路，每個(gè)周期輸出6個(gè)脈沖，因些稱為6脈整流器。除此以外，還有12脈整流器、13脈整流器等。 

總結(jié)：變頻器的諧波電流是由變頻器整流輸入電路導(dǎo)致的。不同脈數(shù)的整流器產(chǎn)生的諧波成分不同，三相六脈整流器產(chǎn)生的諧波電流以5次、7次、11次、13次為主。增加變頻器輸入整流器的脈數(shù)可以減小諧波電流。

電網(wǎng)上同時(shí)存在著諧波電流和諧波電壓，諧波電流與諧波電壓之間的關(guān)系是很多人感到迷惑的問題。

首先需要搞清楚諧波電壓與諧波電流的因果關(guān)系。

諧波電流是非線性負(fù)載產(chǎn)生的，這些非線性負(fù)載從電源吸取非正弦波的電流，這些非正弦波電流中包含了諧波電流。

諧波電流流過線路阻抗時(shí)，在線路的兩端產(chǎn)生了諧波電壓（歐姆定律），諧波電壓是由諧波電流產(chǎn)生的。打個(gè)比方，諧波電流是蛋，在一定條件下(線路存在阻抗)，孵化出了諧波電壓這個(gè)雞，（困惑我們的可能還有先有蛋還是先有雞）

如圖2-1所示

如果特定的配電系統(tǒng)對(duì)于N次諧波電流的阻抗為Z­_N,諧波電流I_N在配電系統(tǒng)上產(chǎn)生的諧波電壓V_N為：

V_N=I_N*Z_N

式中：電網(wǎng)阻抗ZN包括了變壓器的阻抗和配電線的阻抗，如圖2-1：

這里所說的阻抗包含了電阻和電抗兩部分，電抗部分包含了電感的感抗，和電容的容抗。按照這個(gè)概念，將上圖進(jìn)一步細(xì)化，就得到了下圖所示的網(wǎng)絡(luò)

圖中的各元素的含義如下：

L1：變壓器繞組電感

R1：變壓器繞組電阻

L2：配電線路分布電感，大約每米1μH

R2：配電線路分布電阻

C1：變壓器繞組電容+補(bǔ)償電容，有系統(tǒng)有補(bǔ)償電容時(shí)，可以忽略繞組的電容。

C2：配電線路分布電容：大約每米100pf，當(dāng)系統(tǒng)有補(bǔ)償電容時(shí)，由于其數(shù)值很小，可以忽略。

如果不考慮系統(tǒng)有補(bǔ)償電容的情況，并且僅考慮諧波電流（頻率較低），則可以忽略C1、C2；這時(shí)系統(tǒng)的阻抗可以簡化為：

Z=R1+R2+Jω(L1+L2)

式中：ω為電流的角頻率，等于2πf，f是電流頻率

從上式可以看出，配電線路對(duì)于基波和諧波，以及不同次數(shù)的諧波具有不同的阻抗值，諧波的次數(shù)越高，阻抗值越大。

電網(wǎng)的阻抗越高，同樣的諧波電流產(chǎn)生的諧波電壓越大。

需要特別注意的是，配電線路的感抗是不容忽視的。

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的電網(wǎng)（提供純凈50hz電壓），其上產(chǎn)生的諧波電壓是由非線性負(fù)載發(fā)出的諧波電流產(chǎn)生的，同樣的諧波電流在不同的條件下產(chǎn)生的諧波電壓不同，電源越弱（包括小容量的變壓器、自備發(fā)電機(jī)、UPS電源等），產(chǎn)生的諧波電壓越大；距離電源（變壓器、發(fā)電機(jī)、UPS等）越遠(yuǎn)，諧波電壓越大。有些諧波問題僅在使用應(yīng)急電源時(shí)才暴露出來。