來源：羅姆半導(dǎo)體社區(qū)

諧波是多余的高頻，疊加在基本波形上會(huì)產(chǎn)生失真的波形。在交流電路中，電阻的行為與在直流電路中的行為完全相同。也就是說，流經(jīng)電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比。這是因?yàn)?a target="_blank">電阻器是線性器件，并且如果對(duì)其施加的電壓是正弦波，則流經(jīng)該電阻器的電流也是正弦波，因此兩個(gè)正弦波之間的相位差為零。

通常，在處理電路中的交流電壓和電流時(shí)，假定它們是純正弦波形狀的，只有一個(gè)頻率值（稱為“基本頻率”）存在，但并非總是如此。

在電壓或電流特性不是線性的電氣或電子設(shè)備或電路中，即流過它的電流與施加的電壓不成比例。與設(shè)備關(guān)聯(lián)的交變波形或多或少與理想正弦波形的交變波形不同。這些類型的波形通常稱為非正弦或復(fù)雜波形。

復(fù)雜的波形是由常見的電氣設(shè)備（例如鐵芯電感器，開關(guān)變壓器，熒光燈中的電子鎮(zhèn)流器以及其他此類重感性負(fù)載）以及交流發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)和其他此類電機(jī)的輸出電壓和電流波形產(chǎn)生的。結(jié)果是即使電壓波形是電流波形也可能不是正弦波。

同樣，大多數(shù)電子電源開關(guān)電路，例如整流器，可控硅整流器（SCR），功率晶體管，功率轉(zhuǎn)換器和其他此類固態(tài)開關(guān)，可切斷和斬波電源正弦波形以控制電動(dòng)機(jī)功率或轉(zhuǎn)換正弦交流電源到直流。這些開關(guān)電路趨向于僅在交流電源的峰值處汲取電流，并且由于開關(guān)電流波形是非正弦的，因此所產(chǎn)生的負(fù)載電流被稱為包含諧波。

非正弦復(fù)雜波形是通過將一系列稱為“諧波”的正弦波頻率“相加”而構(gòu)成的。諧波是廣義術(shù)語，用于通過不同頻率的波形來描述正弦波形的失真。

然后，無論其形狀如何，都可以將復(fù)雜的波形從數(shù)學(xué)上分為其各個(gè)組成部分，分別稱為基本頻率和多個(gè)“諧波頻率”。但是，我們所說的“基本頻率”是什么。

基本頻率

甲基本波形（或一次諧波）是具有電源頻率的正弦波形。基頻是構(gòu)建復(fù)數(shù)波形的最低頻率或基頻?，因此周期時(shí)間，所得復(fù)數(shù)波形的Τ將等于基頻的周期時(shí)間。

其中：Vmax是以伏特為單位的峰值，?是以赫茲（Hz）為單位的波形頻率。

我們可以看到正弦波形是交流電壓（或電流），它隨著角度2π?的正弦函數(shù)而變化。波形頻率?由每秒的循環(huán)數(shù)確定。在英國，該基本頻率設(shè)置為50Hz，而在美國，則為60Hz。

諧波是指以基本頻率的整數(shù)倍（整數(shù)倍）工作的電壓或電流。因此，給定50Hz基本波形，這意味著二次諧波頻率將為100Hz（2 x 50Hz），三次諧波頻率將為150Hz（3 x 50Hz），在250Hz處為5次，在350Hz處為7次，依此類推。同樣，在給定60Hz基本波形的情況下，第二，第三，第四和第五諧波頻率分別為120Hz，180Hz，240Hz和300Hz。

因此，換句話說，我們可以說“諧波”是基頻的倍數(shù)，因此可以表示為：2?，3?，4?等。

諧波導(dǎo)致的復(fù)雜波形

注意，上面的紅色波形是由于諧波含量被添加到基頻而在負(fù)載下看到的實(shí)際波形。

基本波形也被稱為1 日諧波波形。因此，如左欄中所示，二次諧波的頻率是基波頻率的兩倍，三次諧波的頻率是基波頻率的三倍，三次諧波的頻率是基波頻率的四倍。

右側(cè)欄顯示了由于基波與不同諧波頻率下的諧波波形相加而產(chǎn)生的復(fù)雜波形。注意，最終的復(fù)合波形的形狀不僅取決于存在的諧波頻率的數(shù)量和幅度，還取決于基頻或基頻與各個(gè)諧波頻率之間的相位關(guān)系。

我們可以看到，復(fù)雜的波由基本波形和諧波組成，每個(gè)諧波都有自己的峰值和相位角。例如，如果基頻為：E = Vmax（2π?t），諧波值將給出為：

對(duì)于二次諧波：

E 2 = V 2max（2 *2π?t）= V 2max（4π?t），= V 2max（2πt）

對(duì)于三次諧波：

E 3 = V 3max（3 *2π?t）= V 3max（6π?t），= V 3max（3ωπt）

對(duì)于四次諧波：

E 4 = V 4max（4 *2π?t）= V 4max（8π?t），= V 4max（4πt）

等等。

那么，給出的復(fù)雜波形值的公式為：

諧波通常通過他們的名字和頻率進(jìn)行分類，例如，2 次諧波的基本頻率為100Hz，并且還可以通過序列的。諧波序列是指在平衡的三相4線制系統(tǒng)中，諧波電壓和電流相對(duì)于基本波形的相量旋轉(zhuǎn)。

正序諧波（4、7、10，…）將以與基頻相同的方向（正向）旋轉(zhuǎn)。其中，作為負(fù)序的諧波（第二，第五，第八，…）在基頻的相反方向（反向）上旋轉(zhuǎn)。

通常，不希望出現(xiàn)正序諧波，因?yàn)樗鼈儠?huì)由于波形的疊加而導(dǎo)致導(dǎo)體，電源線和變壓器過熱。

另一方面，負(fù)序諧波在各相之間循環(huán)，這會(huì)給電動(dòng)機(jī)帶來其他問題，因?yàn)橄嗔啃D(zhuǎn)會(huì)削弱電動(dòng)機(jī)（尤其是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)）所需的旋轉(zhuǎn)磁場，從而導(dǎo)致它們產(chǎn)生較小的機(jī)械轉(zhuǎn)矩。

另一組特殊的諧波稱為“三重奏”（三倍頻），旋轉(zhuǎn)序列為零。三倍頻是三次諧波（3rd，6th，9th等）的倍數(shù)，以此類推，因此得名，因此偏移了零度。零序諧波在相線和中線或地線之間循環(huán)。

與彼此抵消的正序和負(fù)序諧波電流不同，三階或三次諧波不會(huì)抵消。取而代之的是在公用中性線中進(jìn)行算術(shù)加法，該中性線要承受來自所有三相的電流。

結(jié)果是，由于這些三次諧波，中性線中的電流幅度可能高達(dá)基頻處相電流幅度的3倍，從而導(dǎo)致效率降低和過熱。

然后，我們可以將序列效應(yīng)總結(jié)為50Hz基本頻率的倍數(shù)：

諧波排序

請(qǐng)注意，相同的諧波序列也適用于60Hz基本波形。

諧波摘要

諧波是疊加在基頻（即電路的頻率）上的高頻波形，足以使它的波形失真。施加到基波的失真量將完全取決于存在的諧波的類型，數(shù)量和形狀。

自從引入用于電動(dòng)機(jī)，風(fēng)扇和泵的電子驅(qū)動(dòng)器，整流器，功率轉(zhuǎn)換器和晶閘管功率控制器之類的電源開關(guān)電路以及大多數(shù)非線性電子相位控制以來，諧波在過去幾十年中才出現(xiàn)了足夠的數(shù)量。負(fù)載和高頻（節(jié)能）熒光燈。這主要是由于這樣的事實(shí)，即負(fù)載所汲取的受控電流沒有如整流器或功率半導(dǎo)體開關(guān)電路那樣忠實(shí)地遵循正弦波形。

配電系統(tǒng)中的諧波與基頻電源（50Hz或60Hz）結(jié)合在一起會(huì)產(chǎn)生電壓和/或電流波形的失真。這種失真會(huì)產(chǎn)生由多個(gè)諧波頻率組成的復(fù)雜波形，這可能會(huì)對(duì)電氣設(shè)備和電力線產(chǎn)生不利影響。

賦予復(fù)雜波形其獨(dú)特形狀的波形失真量與最主要的諧波分量的頻率和大小直接相關(guān)，這些諧波分量的諧波頻率是基頻的倍數(shù)（整數(shù)）。最主要的諧波分量是從2低次諧波ND到19 個(gè)與triplens是最差的。

審核編輯 黃昊宇