你有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇怪的現(xiàn)象：電網(wǎng)中我們能檢測(cè)到3次、5次、7次等奇數(shù)次諧波，卻幾乎看不到2次、4次、6次這樣的偶數(shù)次諧波。這到底是為什么？難道偶數(shù)次諧波天生就不會(huì)出現(xiàn)嗎？

1.什么是電網(wǎng)諧波？

要弄明白偶數(shù)次諧波為什么罕見(jiàn)，首先得知道“諧波”到底是什么。我們平時(shí)用的交流電，理想狀態(tài)下是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，頻率固定為50Hz，這被稱(chēng)為“基波”，就像音樂(lè)里的“主旋律”。

但現(xiàn)實(shí)中，很多電器并不是“乖乖聽(tīng)話”的——比如LED燈、手機(jī)充電器、筆記本電源、空調(diào)等，它們屬于“非線性設(shè)備”，不會(huì)順著基波的節(jié)奏工作，反而會(huì)“干擾”基波，把平滑的正弦波“掰彎”，變成奇形怪狀的波形。

這些畸變的波形，用數(shù)學(xué)上的“傅里葉分解”方法拆解后，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它其實(shí)是由基波（50Hz）和一系列頻率是基波整數(shù)倍的“諧波”組成的。比如3次諧波就是150Hz（50×3），5次諧波是250Hz（50×5），而偶數(shù)次諧波就是100Hz（2次）、200Hz（4次）這類(lèi)頻率為基波偶數(shù)倍的波形。

2.全橋整流技術(shù)“消滅”了偶數(shù)次諧波

為什么我們幾乎看不到偶數(shù)次諧波？關(guān)鍵就在于現(xiàn)在市面上絕大多數(shù)非線性設(shè)備，都采用了一種叫“全橋整流”的核心技術(shù)——這正是我們身邊電器的“隱藏操作”，也是偶數(shù)次諧波罕見(jiàn)的重要原因。

什么是全橋整流？我們可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的比喻理解：電網(wǎng)的交流電就像一條上下起伏的波浪，正半周向上、負(fù)半周向下，方向不斷變化；而全橋整流就像一個(gè)“波形轉(zhuǎn)換器”，不管電流是正半周還是負(fù)半周，它都能把電流的方向“掰正”，變成同一個(gè)方向的直流電（或者脈動(dòng)直流電），就像把上下起伏的波浪，全拍平成一條單向流動(dòng)的水流。

而我們身邊的LED燈、手機(jī)充電器、電腦電源，甚至是家里的空調(diào)、洗衣機(jī)，幾乎都用了全橋整流技術(shù)，所以它們產(chǎn)生的諧波，全都是奇數(shù)次的，偶數(shù)次諧波自然就很難見(jiàn)到了。

3.波形不對(duì)稱(chēng)，才會(huì)出現(xiàn)偶數(shù)次諧波

當(dāng)然，偶數(shù)次諧波并不是絕對(duì)不存在，只是在現(xiàn)在的電網(wǎng)中極其罕見(jiàn)。只有當(dāng)電網(wǎng)中的波形出現(xiàn)“不對(duì)稱(chēng)”時(shí)，偶數(shù)次諧波才會(huì)出現(xiàn)，常見(jiàn)的情況有兩種：

01 第一種是采用“半波整流”技術(shù)的設(shè)備。半波整流和全橋整流不一樣，它只利用交流電的正半周（或負(fù)半周），會(huì)直接丟棄另一半波形，這樣處理后的波形必然是不對(duì)稱(chēng)的，傅里葉分解后就會(huì)出現(xiàn)偶數(shù)次諧波。但半波整流的效率非常低，會(huì)浪費(fèi)大量電能，現(xiàn)在已經(jīng)被全橋整流徹底淘汰，只有一些老舊到幾乎淘汰的設(shè)備（比如幾十年前的老式充電器）才會(huì)使用，所以很難在電網(wǎng)中檢測(cè)到。

02 第二種是設(shè)備故障。比如電器中的整流二極管損壞，導(dǎo)致正半周和負(fù)半周的電流無(wú)法正常轉(zhuǎn)換，波形變得不對(duì)稱(chēng)，這時(shí)候也會(huì)產(chǎn)生偶數(shù)次諧波。但這種情況屬于故障狀態(tài)，一旦出現(xiàn)，電器通常會(huì)無(wú)法正常工作，或者觸發(fā)保護(hù)機(jī)制，不會(huì)長(zhǎng)期在電網(wǎng)中產(chǎn)生影響，所以也很難被檢測(cè)到。

諧波會(huì)給電力系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)重的干擾和破壞，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致電力系統(tǒng)癱瘓。

4.為什么偶次諧波“很少有”

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，電網(wǎng)中幾乎看不到偶數(shù)次諧波，核心是“全橋整流技術(shù)”的普及：它讓電器產(chǎn)生的波形保持對(duì)稱(chēng)，而對(duì)稱(chēng)波形無(wú)法分解出偶數(shù)次諧波，即正常設(shè)備不產(chǎn)生偶次諧波；此外，電力系統(tǒng)中的變壓器本身對(duì)偶次諧波有一定的抑制能力。

5.有沒(méi)有能消除諧波的電能表？

嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，沒(méi)有電能表能夠“消除”諧波。電能表的職責(zé)是“計(jì)量”，而非“治理”。雖然電能表不消除諧波，但電力系統(tǒng)中確實(shí)有專(zhuān)門(mén)用來(lái)“消除”諧波的裝置，它們被稱(chēng)為濾波器。

最新相關(guān)研究表明，在電能表前端加裝適當(dāng)?shù)臑V波器，可以有效降低諧波對(duì)計(jì)量精度的影響。

審核編輯 黃宇