常見的非線性負載包括變壓器、整流器、逆變器、開關電源等。變壓器由于鐵芯的磁飽和特性，會導致電流波形的畸變，從而產生諧波。整流器和逆變器則由于其內部的電力電子器件如二極管和晶體管的工作特性，也會產生諧波。開關電源在現代電子設備中廣泛應用，其高頻開關動作會產生高次諧波。

諧波的產生主要由于非線性負載的存在。這些負載在電力系統中引入的諧波會對電網的穩定性、電能質量以及設備的正常運行產生負面影響。非線性負載，其電流和電壓之間的關系不是線性的，這導致電流波形發生畸變，從而產生諧波。

具體來說，當電流流經非線性負載時，負載上的電流和施加的電壓不成線性關系，這就形成了非正弦電流，進而產生了諧波。例如，整流器在將交流電轉換為直流電的過程中，由于二極管的單向導電性，會導致電流波形的嚴重畸變，從而產生大量的諧波。同樣，變壓器在工作時，由于鐵芯的磁飽和特性，也會導致電流波形的畸變，產生諧波。

此外，電力系統中的其他設備也可能產生諧波。例如，電動機、電弧爐等設備在工作時，由于其非線性特性，也會導致電流波形的畸變，產生諧波。電弧爐在熔化金屬時，電極和金屬碎粒之間的頻繁斷路和短路會導致電流波形的劇烈變化，從而產生大量的諧波。電動機在啟動和運行時，由于其非線性電感和電阻特性，也會導致電流波形的畸變，產生諧波。

諧波的危害不僅限于對設備的直接影響，還可能對整個電力系統的穩定性產生威脅。例如，諧波可能導致電力系統的諧振現象，進而引起過電壓和過電流，嚴重時甚至會導致系統崩潰。此外，諧波還會增加電力系統的損耗，降低系統的整體效率。例如，諧波會導致變壓器和電動機的附加損耗增加，溫度升高，縮短設備的使用壽命。

典型非線性負載的諧波產生機制

典型非線性負載如整流器和變壓器是如何產生諧波的。以整流器為例，當交流電壓通過整流器轉換為直流電壓時，由于二極管的單向導電性，只有電壓的正半周期或部分周期內有電流通過，這導致電流波形的嚴重畸變。這種畸變的電流波形包含了豐富的諧波成分。具體來說，整流器在工作時，二極管只在電壓的正半周期或部分周期內導通，導致電流波形不是一個完整正弦波，而是一個脈沖波形。這種脈沖波形包含了大量的高次諧波成分，如5次諧波、7次諧波等。這些諧波成分不僅會影響整流器的正常運行，還可能對電網的其他設備產生影響。

同樣，變壓器在工作時，由于鐵芯的磁飽和特性，也會導致電流波形的畸變。變壓器在空載合閘時會產生較大的涌流，其中包含大量的諧波成分。這些諧波成分不僅會影響變壓器的正常運行，還可能對電網的其他設備產生影響。

此外，電力電子調速系統如變頻器也屬于非線性負載。變頻器在調速過程中會產生高次諧波，導致電網的電壓和電流波形發生畸變。這些諧波不僅會影響變頻器的正常運行，還可能對電網的其他設備產生影響。例如，變頻器在控制電動機的轉速時，由于其開關動作的頻率較高，會導致電流波形的畸變，產生大量的諧波。這些諧波成分可能導致電動機的附加損耗增加，溫度升高，縮短設備的使用壽命。

審核編輯 黃宇