在電力系統(tǒng)中，非線性負(fù)載是諧波的主要來源之一。要了解這種現(xiàn)象的原因，首先要從電路原理入手，分析非線性負(fù)載如何影響電流和電壓波形。污染產(chǎn)生與線性負(fù)載的不同之處在于，它與電流與電壓的比率不成線性比例。因此，會產(chǎn)生偏離基頻的附加頻率分量。

一、非線性負(fù)載和電流波形失真

當(dāng)正弦電壓施加到典型電路中的負(fù)載時，線性負(fù)載（電阻器、電感器、電容器等）理想情況下會導(dǎo)致電流波形產(chǎn)生成比例的失真。當(dāng)前的響應(yīng)。然而，非線性負(fù)載（變壓器、整流器、開關(guān)電源等）因其工作原理而產(chǎn)生和內(nèi)部元件的失真特性。最常見的非線性負(fù)載是由二極管、晶體管和晶閘管等電力電子器件組成的電路。

這些電力電子元件工作時，無法像理想電阻那樣平穩(wěn)地控制電流。相反，它們依靠開關(guān)動作來調(diào)節(jié)電流的大小和方向。這是因?yàn)殚_關(guān)器件的工作原理影響了電流的流動特性，導(dǎo)致負(fù)載端的電流波形偏離正弦波形，產(chǎn)生不規(guī)則的脈沖。電流波形包含各種頻率成分，特別是基波頻率的整數(shù)倍的成分稱為諧波。

二、變壓器和整流器的特點(diǎn)

變壓器是一種典型的供電設(shè)備。盡管它在許多能源系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，但由于其磁飽和特性，它也是潛在的諧波源。鐵芯中的磁性材料不再能夠有效地響應(yīng)外部電場的變化，導(dǎo)致電流波形失真。特別是在高負(fù)載或極端工作條件下，變壓器飽和效應(yīng)會變得更加明顯，諧波也會變得更加明顯。

整流器也是常見的非線性負(fù)載。其工作原理是將交流電（AC）轉(zhuǎn)換為直流電（DC）。該過程通常使用半導(dǎo)體器件，例如二極管和晶閘管。電流僅在某些時段流動，而在其他時段完全切斷。這種開關(guān)特性會導(dǎo)致電流波形發(fā)生較大變化，產(chǎn)生短脈沖和高次諧波。

三、逆變器和開關(guān)電源的影響

逆變器通常用于將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，廣泛應(yīng)用于太陽能發(fā)電、UPS電源等。逆變器中使用的功率開關(guān)元件（MOSFET、IGBT等）由于這種高頻開關(guān)操作而導(dǎo)致負(fù)載側(cè)電流畸變，產(chǎn)生多個諧波頻率。特別是在逆變器頻率調(diào)整過程中，由于開關(guān)頻率的過度調(diào)制和干擾，諧波的產(chǎn)生變得更加復(fù)雜。

而且，隨著開關(guān)電源作為現(xiàn)代電子設(shè)備的核心部件的廣泛應(yīng)用，諧波問題也越來越嚴(yán)重。開關(guān)電源通過調(diào)節(jié)開關(guān)頻率來控制輸出功率和電壓，特別是在負(fù)載波動或開關(guān)頻率較高時。電流、電壓波形的畸變更加明顯，產(chǎn)生的諧波頻率甚至?xí)绊懻麄€電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

四、諧波的危害及處理

諧波的存在不僅會造成電流的畸變，電網(wǎng)電壓波形具有影響，影響設(shè)備的正常運(yùn)行，但也會對電網(wǎng)的整體效率產(chǎn)生負(fù)面影響，特別是在過度振蕩的情況下。高頻諧波會導(dǎo)致過熱、機(jī)械損壞、能源系統(tǒng)故障，甚至系統(tǒng)崩潰。因此，有效控制非線性負(fù)載引起的諧波已成為電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)和電氣工程中的重要問題。

通過使用諧波濾波器、提高電力電子設(shè)備的工作效率、調(diào)整開關(guān)頻率等可以有效降低諧波的影響。同時，應(yīng)對電力系統(tǒng)的負(fù)載和電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和優(yōu)化，避免高功率非線性負(fù)載集中。從電路工程的角度來看，可以在一定程度上減少諧波問題的發(fā)生。非線性負(fù)載引起諧波的主要原因是，通過電路和其他專用電力電子器件的運(yùn)行機(jī)制，它們感應(yīng)出電流和電壓波形之間的非線性關(guān)系，導(dǎo)致這些附加負(fù)載出現(xiàn)多樣性頻率成分為諧波，其對電網(wǎng)和用電設(shè)備的影響不可忽視。因此，了解諧波產(chǎn)生的根源并采取有效的抑制措施對于提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和運(yùn)行效率具有重要意義。