谐波的产生
机械振动谐波产生的原因
机械振动谐波产生的原因可以归结为系统的非线性特性和外部激励等因素。
下面是一些主要的原因：1. 非线性特性：当机械系统中存在非线性元件或非线性行为时，通常会导致振动谐波的产生。
例如，弹簧和摩擦等元件可能导致系统在特定频率下产生非线性响应，从而产生谐波。
2. 外部激励：外部激励是指来自于环境或其他系统的力、压力或振动等作用于机械系统上的作用力。
这些外部激励可能与系统的固有频率或谐波频率相匹配，从而引起谐波振动。
3. 共振现象：当外部激励的频率接近系统的固有频率或其倍频频率时，系统容易发生共振现象，即振幅大幅增加。
这种情况下，系统可能产生谐波振动。
4. 系统不稳定性：当机械系统存在不稳定性时，可能会导致振动的不断增长，从而产生谐波振动。
这种情况通常发生在系统的反馈环路中，如控制系统中的稳定性问题。
5. 机械松动或损坏：机械系统中的松动零件或损坏部件可能会引起振动的非线性响应，从而产生谐波振动。
6. 系统参数变化：机械系统的参数可能会随着时间、温度或其他环境因素的变化而发生变化。
这种参数变化可能导致系统的固有频率或振动特性发生变化，从而引起谐波振动。
7. 摩擦和阻尼：摩擦和阻尼是影响机械系统振动的重要因素。
当存在不稳定或非线性摩擦时，系统可能会在特定频率下产生谐波振动。
同时，阻尼的变化也可能影响振动的谐波特性。
8. 机械结构设计：机械结构的设计与布局可能会影响振动的传播路径和谐波的产生。
不合理的结构设计或布局可能会导致振动的聚集和谐波的产生。
9. 外部环境因素：外部环境因素如风、震动、地面振动等都可能作用于机械系统，引起系统振动。
这些外部环境因素与系统的固有频率或谐波频率相匹配时，可能会导致谐波振动的产生。
10. 系统的动态特性：机械系统的动态特性包括质量、刚度、阻尼等参数，这些参数影响着系统的振动响应。
当系统的动态特性发生变化或与外部激励匹配时，可能会产生谐波振动。
综上所述，机械振动谐波的产生涉及到多种因素的综合影响，包括系统的结构设计、非线性特性、外部激励、环境因素等。
谐波的产生原因危害与治理
谐波的产生原因危害与治理谐波是指信号在传输过程中产生的频率是原有信号频率的整数倍的现象。
谐波一般是由于信号源产生幅度非线性特性、信号传输线路的不完美特性以及外界干扰等多种因素共同作用所导致的。
1.非线性特性：当信号源的输入电压超过其线性范围时，信号源会产生非线性失真。
这种非线性特性会使得原信号分解成包含各种谐波成分的信号，即产生谐波。
2.传输线路的不完美：在电力传输和通信线路中，由于电导率不一致、绝缘材料的不均匀性以及线路的接地等因素，会引起谐波的产生。
这些因素使得线路对于不同频率的信号具有不同的传输特性，从而造成信号的失真和谐波的产生。
3.外界干扰：外界电磁辐射的干扰也会引起谐波的产生。
当外界电磁波与系统内的信号相互作用时，可能会产生共振现象，从而导致谐波信号的产生。
谐波的存在会带来一系列的危害，包括以下几个方面：1.信号失真：谐波信号会改变原信号的波形和频谱特性，导致信号失真。
这会影响到电力传输系统和通信系统中的信号传输质量，降低系统的可靠性和稳定性。
2.设备损坏：谐波会导致电流和电压的波形变形，产生大量的电磁干扰。
这些干扰会对设备的正常工作造成影响，甚至会导致设备损坏和故障。
谐波还可能引起设备内部电子元件的过热现象，加速设备老化和损坏。
3.电力系统能源浪费：谐波会引起电力系统中电流和电压的非功率信号，造成能量损耗。
这不仅会浪费能源，还会导致电力系统的效率降低。
为了治理谐波对系统的危害，可以采取以下几种方法：1.模拟电路设计中采用线性器件：选择线性器件作为信号源和信号传输线路中的关键部件，减少非线性特性对信号的影响。
2.使用滤波器：在信号源和负载之间加入合适的滤波器，可以有效地滤除谐波成分，保证原信号的传输质量。
3.优化供电系统：针对供电系统中频繁出现谐波问题的设备，进行电源选择、接线方式和接地设计的优化，减少谐波产生。
4.电源质量改进：加强对供电设备的质量管理，采用高质量的电源设备，减少谐波对电力系统的影响。
谐波产生的根本原因及治理对策
谐波的产生主要是来自下列具有非线性特性的电气设备：(1)具有铁磁饱和特性的铁芯没备，如：变压器、电抗器等；(2)以具有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备，如：气体放电灯、交流弧焊机、炼钢电弧炉等；(3)以电力电子元件为基础的开关电源设备，如：各种电力变流设备(整流器、逆变器、变频器)、相控调速和调压装置，大容量的电力晶闸管可控开关设备等，它们大量的用于化工、电气铁道，冶金，矿山等工矿企业以及各式各样的家用电器中。
以上这些非线性电气设备(或称之为非线性负荷)的显著的特点是它们从电网取用非正弦电流，也就是说，即使电源给这些负荷供给的是正弦波形的电压，但由于它们只有其电流不随着电压同步变化的非线性的电压-电流特性，使得流过电网的电流是非正弦波形的，这种电流波形是由基波和与基波频率成整数倍的谐波组成，即产生了谐波，使电网电压严重失真在电力系统中对谐波的抑制就是如何减少或消除注入系统的谐波电流,以便把谐波电压控制在限定值之内,抑制谐波电流主要有四方面的措施: 1)降低谐波源的谐波含量。
也就是在谐波源上采取措施,最大限度地避免谐波的产生。
这种方法比较积极,能够提高电网质量,可大大节省因消除谐波影响而支出的费用。
2)采取脉宽调制(PWM)法。
采用脉宽调制(PWM)技术,在所需要的频率周期内,将直流电压调制成等幅不等宽的系列交流电压脉冲,这种方法可以大大抑制谐波的产生。
3)在谐波源处吸收谐波电流。
这类方法是对已有的谐波进行有效抑制的方法,这是目前电力系统使用最广泛的抑制谐波方法。
4)改善供电系统及环境。
对于供电系统来说,谐波的产生不可避免,但通过加大供电系统短路容量、提高供电系统的电压等级、加大供电设备的容量、尽可能保持三相负载平衡等措施都可以提高电网抗谐波的能力。
选择合理的供电电压并尽可能保持三相电压平衡,可以有效地减小谐波对电网的影响。
谐波源由较大容量的供电点或高一级电压的电网供电,承受谐波的能力将会增大。
谐波产生的根本原因及治理对策
谐波产生的根本原因及治理对策谐波是指在电力系统中产生的频率为基波频率的整数倍的波动。
它是电力系统中普遍存在的一种现象，但过多的谐波会对电力系统的正常运行和设备的安全性产生很大影响，因此需要采取相应的治理对策来解决这个问题。
1.非线性负载：当电力系统中存在非线性负载时，如电弧炉、电焊机、电子设备等，其工作特性会产生谐波。
这是谐波产生的主要原因之一2.电力电子装置：现代电力系统中广泛使用的各种电力电子装置，如变频器、整流装置等，也会引入大量谐波。
3.潮流分布不均匀：当电力系统中的潮流分布不均匀时，也会导致谐波的生成和传播。
针对谐波的治理对策主要有以下几方面：1.使用滤波器：在电力系统中安装滤波器可以消除或降低谐波对系统的影响。
滤波器的选择要根据谐波的频率和大小来确定。
2.设计合理的系统：在电力系统的设计阶段，应考虑到非线性负载和电力电子装置可能带来的谐波问题，采取相应的额外措施来减少谐波的产生。
3.提高设备的抗谐波能力：针对电力系统中的关键设备，如变压器、电容器等，可以采用提高抗谐波能力的设计和制造技术，使其能够更好地耐受谐波的影响。
4.加强监测和控制：定期对电力系统进行谐波监测，及时发现和解决问题。
对于频繁发生谐波问题的系统，可以采用自动生成谐波的设备进行实时控制，以减小谐波的影响。
5.加强人员培训和管理：加强对电力系统人员的培训，提高其对谐波问题的认识和处理能力。
同时，建立健全的管理体系，制定相应的管理规范和操作程序，以确保谐波问题得到科学有效的控制。
总之，谐波问题存在于电力系统中，会对系统的正常运行和设备的安全性产生不利影响。
通过采取相应的治理对策，如使用滤波器、设计合理的系统、提高设备的抗谐波能力等，可以有效地解决谐波问题，确保电力系统的稳定和可靠运行。
同时，需要加强人员培训和管理，提高人员的谐波处理能力，确保谐波问题得到及时有效的解决。
什么是谐波谐波的产生,产生谐波的设备类型
什么是谐波?谐波的产生,产生谐波的设备类型在供电系统中谐波电流的出现已经有许多年了。
过去，谐波电流是由电气化铁路和工业的直流调速传动装置所用的，由交流变换为直流电的水银整流器所产生的。
近年来，产生谐波的设备类型及数量均已剧增，并将继续增长。
所以，我们必须很慎重地考虑谐波和它的不良影响，以及如何将不良影响减少到最小。
1 谐波的产生在理想的干净供电系统中，电流和电压都是正弦波的。
在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路里，流过的电流与施加的电压成正比，流过的电流是正弦波。
在实际的供电系统中，由于有非线性负荷的存在，当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时，就形成非正弦电流。
任何周期性波形均可分解为一个基频正弦波加上许多谐波频率的正弦波。
谐波频率是基频的整倍数，例如基频为50Hz，二次谐波为100Hz，三次谐波则为150Hz。
因此畸变的电流波形可能有二次谐波、三次谐波……可能直到第三十次谐波组成。
2 产生谐波的设备类型所有的非线性负荷都能产生谐波电流，产生谐波的设备类型有：开关模式电源(SMPS)、电子荧火灯镇流器、调速传动装置、不间断电源(UPS)、磁性铁芯设备及某些家用电器如电视机等。
(1)开关模式电源(SMPS)：大多数的现代电子设备都使用开关模式电源(SMPS)。
它们和老式的设备不同，它们已将传统的降压器和整流器替换成由电源直接经可控制的整流器件去给存贮电容器充电，然后用一种和所需的输出电压及电流相适合的方法输出所需的直流电流。
这对于设备制造厂的好处是使用器件的尺寸、价格及重量均可大幅度地降低，它的缺点是不管它是哪一种型号，它都不能从电源汲取连续的电流，而只能汲取脉冲电流。
此脉冲电流含有大量的三次及高次谐波的分量。
(2)电子荧光灯镇流器：电子荧光灯镇流器近年被大量采用。
它的优点是在工作于高频时可显著提高灯管的效率，而其缺点是其逆变器在电源电流中产生谐波和电气噪声。
使用带有功率因数校正的型号产品可减少谐波，但成本昂贵。
谐波产生的原因范文
谐波产生的原因范文
谐波是指频率是基波的整数倍的波动。
其产生原因可以归结为以下几点：
1.非线性效应：谐波的产生往往与非线性效应有关。
在物理系统中，
当存在非线性元件时，输入信号的非线性改变会导致输出信号的频谱展宽，从而引入谐波成分。
2.非完美的谐振：在谐振系统中，如果谐振过程并不完美，即不能精
确地将输入信号的能量转移到输出信号上，那么一部分能量将以谐振频率
的整数倍进行反射。
这些反射波就是产生谐波的原因之一
3.非对称的输入信号：当输入信号是非对称的时候，谐波成分会出现。
例如，对称的正弦信号只包含基波，而非对称的方波或脉冲信号会产生谐
波成分。
4.器件失配：在实际的电路中，器件之间可能存在一些不完美的失配，如电阻值的差异或电容值的误差等。
这些失配会导致输入信号在不同的器
件中具有不同的相位和幅度，进而产生谐波成分。
5.非平稳信号的频谱展宽：非平稳信号是指信号的频率分量会随着时
间变化。
当一个非平稳信号通过线性系统时，信号的频谱会随着时间的推
移而展宽，从而引入谐波成分。
6.非理想的信号源：在实际应用中，信号源可能并不完美。
例如，信
号源的频率稳定性可能会有一定的误差，这种误差会导致输出信号中存在
频率偏移，进而产生谐波成分。
总的来说，谐波的产生是由于非线性效应、非完美的谐振、非对称的输入信号、器件失配、非平稳信号的频谱展宽和非理想的信号源等因素的综合作用。
在日常生活和工程应用中，了解和控制谐波的产生过程是非常重要的，可以有效地减小谐波对系统性能的影响。
谐波如何产生
谐波如何产生谐波是周期性重复的信号中频率是原始信号频率的整数倍的分量，例如，如果一个原始信号的频率是100Hz，那么它的第一个谐波的频率将是200Hz，第二个谐波是300Hz，第三个是400Hz等。
在大多数的电气设备中，谐波的产生是一个普遍存在的问题，特别是在变频器、整流器和调光器等负载设备中。
因此，了解谐波的产生原因以及如何减少谐波对设备的负面影响，对于保护电气设备的性能和工作寿命至关重要。
1. 变频器变频器是一种电力电子设备，可以在不损失输出效率的情况下对电机的旋转速度进行调节。
然而，变频器的输出信号通常是一个方波，其中包含大量的高次谐波分量（如5次、7次等），这些分量可能会对设备造成不良影响，如形成不同种类的电磁干扰和损坏电容器等。
其中最重要的因素是变频器输出的PWM脉冲宽度调制信号，在低频率时，频宽相对比较小，谐波分量比较小，但随着频率的增加，频宽变宽，谐波分量的频率也相应变大。
因此，在设计变频器时，应尽量减少输出脉冲的频率，使用输出滤波电容器来降低谐波，可以有效减少谐波的产生。
2. 整流器整流器是一种电子设备，用于将交流电转换为直流电。
整流器通常是由一个电容器和一个功率管组成的。
当电容器被充电时，整流器会将电网上的电源电压传递到负载上。
当电容器与功率管一起工作时，它们会产生高次谐波分量。
尽管整流器产生的谐波分量不如变频器那么明显，但整流器的基本工作原理使得它不可避免地产生一些谐波分量。
为了减少谐波的影响，一种常见的方法是在整流器输出电容器的电路中添加一个输出滤波电感器，这样可以有效地减少谐波分量。
同时，在选择合适的整流器的类型时，也应考虑谐波分量的产生和对设备的影响。
3. 调光器调光器是一种调节灯具亮度的设备，它可以通过控制电路来改变灯具的亮度。
调光器使用的是一种称为“斩波调制（Chopper）”的技术，通过不断地开关电路来改变输出电压的大小，这会产生大量的高次谐波分量（如5次、7次、11次等）。
讨论谐波产生的根本原因
讨论谐波产生的根本原因谐波产生是指在一个物理系统中，当施加一个频率为f的调制信号时，系统会以多个分频倍数（即谐波）的频率响应。
谐波产生有许多不同的机理，以下将对一些常见的原因进行讨论。
1.非线性谐波产生的根本原因之一是非线性效应。
当物理系统受到外界调制信号作用时，非线性性质会导致一些不同频率的分量形成。
简单来说，非线性效应指的是输出信号与输入信号不呈线性关系的现象。
2.能量转移另一个重要的谐波产生原因是能量转移。
当一个系统接收到一个调制信号时，能量将从基频频率向谐波频率转移。
这种能量转移过程可以导致谐波的产生。
例如，在机械系统中，当一个调制频率的力作用于振动系统时，能量会从基频振动模态转换到其他倍频模态上，从而产生谐波响应。
3.耦合效应物理系统中的耦合效应也可以导致谐波产生。
耦合是指不同的系统或子系统之间的相互作用。
例如，在电路中，存在电磁耦合。
当两个或多个电路元件之间存在电磁耦合时，一个系统中的谐波信号可以通过电磁场耦合到另一个系统中。
类似地，在声学系统中，也存在声场的耦合效应。
当声波在不同介质之间传播时，不同频率的声波之间会发生能量转移和耦合，导致谐波的产生。
4.反馈效应最后一个谐波产生的原因是反馈效应。
反馈效应是指系统输出信号的一部分被反馈至系统的输入端。
当一个系统中存在反馈回路时，输出信号会传回到输入端，与输入信号叠加。
这种反馈回路会导致一些谐波分量被选择性地放大，从而增加谐波的产生。
总结起来，谐波产生的根本原因包括非线性效应、能量转移、耦合效应和反馈效应。
这些机制在不同的物理系统中起作用，导致谐波信号的生成。
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谐波的产生
摘要：文章针对电力系统的谐波及其产生做了综述，概要阐述了谐波源的生成原理，并针对现行电力系统中的特点，对谐波的来源做了深入的探讨；同时，分析了电力系统中的谐波源的特点，最后，根据系统中谐波的特点以及现行电力市场逐渐形成的前提，提出了对于谐波监管的认识。
Abstract ：The harmonics and its forming has been summarized in the paper, the mechanism of generating of harmonics in power system has been analyzed, and the source of harmonics has been discussed detailed according to the present power system. Meanwhile, the characteristics of harmonics are discussed and suggestions has been proposed ultimately on the basis of the background of the arising of power market.
关键词：电力系统 谐波
一 谐波的生成
电力系统谐波问题一直是影响电力生产、电能质量的一个技术性难题。
随着电力电子器件在电力系统的大量使用，越来越多的非线性元件成为电力系统的谐波源。
理想的电力系统，在工频下其电压电流波形应该为正弦波形。
其中电压为正弦波形的瞬时值为
()sin()w U t t α=+ （1）
022w f T
ππ== （2） 其中，()U t 为电压均方根值，α为波形初相角，w 为角频率，0f 为工频频率，T 为工频周期。
一个线性电路可以等值为含有一个电压源，外加电阻、电抗构成的电路，如含有一个电感与电阻的电路，其电压电流方程为一个常微分方程，如下
0()()()di t L Ri t u t dt
+= （3） 当电路中存在电力电子元件如电力二极管以后，由于二极管的单向导电性，其电压电流的线性关系便变成非线性关系，如下[1]
当()0u t ≤时，二极管可以看成是无穷大电阻，有
0()()()()di t L R i t u t dt
++∞= （4） 合并二式得 00()((t))()()di t L
r u i t u t dt += （5） 可以看出，公式（5）中的()i t 与电压0()u t 呈现出非线性关系。
由此可见，在电力系统中加入电力电子元件可使得系统中电压与电流关系非线性，通过求解 公式（4）的非线性微分方程，可以发现其电流波形为一个周期性的畸变波形。
二 谐波的定量分析
由傅氏分解理论得知，任何一个周期性的波形都可以分解为一系列正弦波形，因此，通过将电流波形分解得出
11()sin()M
h h h i t hw t β==+ （6）
其中，h I 为第h 次谐波电压和电流的均方根值，1w 为基波的角频率，h β为初相角，而畸变波形的均方根为
I =
（7） 畸变波形的有功功率则为
001
11(t)()()cos T T M h h h
h P P dt u t i t dt T
T U I ϕ====⎰⎰∑ （8）
相应的无功功率为 1s i n
M
h h h h Q U I ϕ==∑ （9） 畸变功率为
D = （10）
在傅里叶分解的基础上，通过对谐波的定量分析，可以定量的评价电力系统中的谐波的大小，并由此制定一系列的国家标准，我国国标规定的电压总谐波畸变率为[1]35KV —66KV 的为不超过3%，110KV 电压级的不超过2%。
可见，对于谐波的要求达到了相当苛刻的条件，而这也是与谐波对电力系统造成的危害相适应
的。
三谐波源的种类
（1）线圈的非线性铁芯
电气设备中，发电机、电动机、变压器等都是重要的发输用电设备，但同时也是电力电力系统谐波的源头之一。
由于电机铁芯的非线性特性，使得电机主磁通与励磁电流之间呈现出饱和的特性。
当励磁电流足够时，铁芯线圈出现饱和现象，其磁通大小不再随励磁电流增大有明显的增大。
这种情况下要使得线圈主磁通呈周期性正弦波，其励磁电流相应的便成为严重畸变的电流波形，这时再对励磁电流进行傅里叶分解时，其非周期分量就会显著加大，甚至超出国家标准所规定的范围。
（2）电弧炉
电弧炉为一种现代炼钢设备，其原理是利用三相石墨电极和炉料之间的电弧冶炼金属，其通过钢厂主变压器由电力系统取得电源。
目前其分为三相电弧炉和电阻电弧炉两种。
电弧炉为一非线性符负荷的原因在于：电弧炉在产生电弧时，由于电弧的延时，电弧电阻的非线性以及电弧游动等因素，使得电弧电流变化很不规则，而电弧的游动又是在电磁力、对流气流、电极移动以及炉料在融化过程中的崩落和滑动等因素引起的，具有很大的随机性。
这种情况下对电弧炉电流进行频谱分析就会发现其电力波分量中含有大量的奇次谐波、偶次谐波和间谐波。
同时，电弧炉的三相负荷会产生剧烈变动，导致电压波动、闪变以及三相不平衡的发生。
（3）功率变化器
电力电子器件的投入使用是现代电力系统的一大特点，但同时又增加了一项非线性负荷。
主要的非线性电力电子器件为[2]，变速传动装置、不间断电源、整流器、逆变器、开关电源以及晶闸管控制系统等。
其中，典型的应用实例有电力机车牵引负荷，各种整流电路等。
由于整流电路在投入电力电子器件时，涉及到电压电流的多次相角、幅值以及周期等的变换，导致了原有的正弦波形出现大量的高次谐波。
同事，电力牵引负荷中电机本身的非线性励磁特性也进一步导致了电力变速传动装置电压电流的非线性特性。
（4）低压电器
居民用电中的电压电器也会产生一定的谐波，主要的电器有电视机、电冰箱、洗衣机、各种医疗设备、计算机和调速驱动设备等，其谐波产生机理同样是这些电器中含有的非线性元件如微电子元件、小型电机、非线性电阻等。
由电器设备产生的谐波幅值较小，但同样不可忽略。
四谐波监管的认识
电力系统的谐波问题是一个关乎电力系统安全稳定运行的重要问题，由谐波导致的一系列电压升高、频率异常的现象会导致用户用电设备的损坏、生产产品的不合格等问题的出现。
加强谐波的监管问题至关重要。
对于谐波监管问题，首先电力部门应从自身入手，采取合理的谐波检测、控制以及消除措施，及时减小或消除谐波对用户的损害；其次，加强对重要谐波源的监督，通过与存在谐波源的厂家、企业协商，制定相应的措施，防止谐波源对电力系统其他用户的影响；同时，应该责成炼钢厂等重要的谐波源自己采取措施，优化生产流程，减小谐波源，并可通过收取额外谐波治理电价等强硬措施迫使这些企业治理本身的谐波问题；最后，在当前电力市场发展的初期，发电厂家对于谐波的治理手段可以作为其电力质量的一个标准，并制定符合本身电能质量的电价，对于促进谐波的减小有至关重要的作用。
总之，谐波问题不仅仅是电力企业本身的管理问题，更是用电方应当重视的问题，用户同样有着减小本身谐波源的责任。
参考文献：
[1]杨洪耕，肖先勇. 电能质量分析与控制技术. 成都：四川省电能质量与电磁环境学省级重点实验室，2013.
[2]容健纲，张文亮. 电力系统谐波. 高电压技术，1994，20，4:1-3.。