什么是电气系统谐波？
在电力系统中，谐波被定义为基频的正整数倍。谐波是电压或电流出现在基频的倍数处。它通常被视为电源线中的噪声。
电力系统中的谐波可分为两种：电流谐波和电压谐波。
由诸如VSD（变速驱动器）之类的非线性负载感应的电流谐波。非线性负载从电源线汲取的电流不是理想的正弦波形。非正弦电流波形可以是一系列简单的正弦波，可以以电源线基频的整数倍进行振荡。
在大多数情况下，电压谐波是由电流谐波引起的。电压谐波的发生是由于电流谐波对电源阻抗的影响而产生的电压失真。
上图显示了非线性负载上的不良电流波形。在此，失真的电流波形不跟随正弦波。这显示了电力系统中的电流谐波。
为什么有必要消除电力系统中的谐波？
电流和电压谐波与传递给负载的噪声功率成正比。各种家用和办公设备负责电源系统中的谐波。电力系统谐波通常会增加负载电流。各种仪器，例如工厂，房屋或办公室中的荧光灯，都会受到谐波的影响，并会出现各种故障。电机受电力系统谐波的影响很大。
有时，电力系统中的谐波可能非常危险，会增加传递给仪器的功率，从而导致负载中的温度升高，并缩短仪器的寿命。
为了克服这种电力系统谐波，需要重建电力连接以驱动非线性负载并在电力系统中引入谐波滤波器。
谐波滤波器的类型
谐波滤波器非常有效地保护昂贵的电气设备免受谐波导致的功率输出失真。根据额定功率，施加的电压，单相或三相以及其他与负载有关的参数，电气和电子产品市场中可以使用不同类型的谐波滤波器。
但是，有两种主要类型的谐波滤波器可用，分别是无源谐波滤波器和有源谐波滤波器。
两种类型的谐波滤波器之间的主要区别是滤波器设计中使用的组件。无源谐波滤波器使用简单的无源元件，主要是电阻器，电感器和电容器。而有源谐波滤波器使用的活性组分，如不同类型的双极结型晶体管，IGBT的MOSFET和集成电路。
由于谐波滤波器是电力线安全设备，因此它们必须确认国际安全标准，例如IEEE，EN，AS，BS和承销商实验室的UL标志。
同样，谐波滤波器可以按不同顺序设计。像三阶谐波滤波器一样，可以滤除作为基频的三倍的频率。
无源谐波滤波器
无源谐波滤波器是最常见且最容易获得的谐波滤波器。它是一种经济实惠的滤波器，可抑制电力线中的谐波干扰。
如前所述，无源谐波滤波器使用标准的无源组件，例如电阻器，电感器和电容器。这些无源元件用于形成振荡电路。振荡电路以特殊方式设计，因此可以针对有害谐波以相同的谐振频率工作。无源谐波滤波器会阻止不需要的谐波通过。无源谐波滤波器将谐波电流转化为热量，并保护终端设备或负载。可以将滤波器调谐到需要消除为谐波的特定频率。
主要使用四种类型的无源谐波滤波器：
1.高通滤波器
2.带通滤波器
3. C型过滤器和
4.串联过滤器。
高通滤波器
高通无源谐波滤波器用于消除高阶谐波，并在广泛的频率范围内具有灵活的控制。基本的高通谐波滤波器设计使用三个无源元件：电阻器，电容器和电感器。
在上图中，我们可以看到无源高通谐波滤波器的基本结构。结构显示电阻器和电感器并联连接，电容器串联。该滤波器在高频范围内产生平坦的阻抗特性。高频降低了功率损耗。
这种类型的滤波器主要用于滤波5阶/ 6阶或更高阶电流。在低阶或低频应用中使用时，通常会将不同的滤波器与高通谐波滤波器结合使用，以消除功率损耗。
下图显示了带有频率的阻抗曲线。
带通滤波器
带通谐波滤波器是一种双调谐滤波器。所述带通谐波滤波器包括两个电容器，两个电感器和一个电阻的。它也用于高次谐波过滤。该滤波器与标准带通滤波器的并联谐振以及电感器和电容器的串联谐振相结合。
在上图中，显示了基本的带通滤波器原理图。该滤波电路有两个部分，在第一部分中的电容器C2和电感器L2串联连接，而在第二部分中的电阻器，电感器和电容器并联连接。第一部分和第二部分也串联连接。
下图显示了具有频率的阻抗特性。
C型过滤器
C型滤波器用于低阶，例如二阶或三阶谐波滤波。C型滤波器的损耗比等效带通或串联滤波器的损耗低。
C型滤波器包括4个无源元件-两个电容器，一个电感器和一个电阻器。
在上图中，显示了c型滤波器的基本结构。电容器与电感器串联，该电感器又与电阻器并联。三元件并联连接再次与第二电容器串联连接。
电阻器抑制由振荡的电感器和电容器产生的基波电流。
阻抗曲线如下图所示：
系列过滤器
串联滤波器称为单调谐谐波抑制器无源滤波器。该过滤器具有最简单的构造特性。串联仅使用三个无源组件–一个电容器，一个电感器和一个电阻器。该滤波器消除了单频。
下图显示了该滤波器的结构，其中3个无源组件串联在一起，形成了单调谐串联谐波滤波器。
下图显示了阻抗特性-
有源谐波滤波器
如前所述，无源谐波滤波器可以很好地消除电力线中的谐波。但是，无源谐波滤波器的设计确实很复杂，设计人员必须根据负载的无功功率要求设计无源谐波滤波器。在这种情况下，无源滤波器的设计非常困难，并且在某些负载条件下会导致功率因数操作不佳。
在这种情况下，有源滤波器更好地处理电力线谐波，而没有基频的无功功率依赖性。
有源谐波滤波器使用一种出色的方法，其中滤波器使用自产生的谐波分量并将其注入电源线，以消除有害的谐波。
有源滤波器有不同类型，它们使用不同的拓扑结构来消除电源线中的谐波。
最常见的有源谐波滤波器设计使用以下基本内容，例如
1.采用各种电源开关的电压源逆变器
2.来自电源线的采样和控制参考
3.PWM系统，将PWM触发脉冲作为谐波注入系统。
有源谐波滤波器使用另一种需要电源才能工作的半导体开关。
如何选择谐波滤波器
确定理想的谐波滤波器非常棘手。需要确定滤波器需要调谐的谐波频率。在少数情况下，仅由于在不存在谐波的某个基本频率上的错误调谐，滤波器操作无法达到目的。
的重要的第一步是识别谐波顺序，并根据谐波次数在过滤器需要进行选择。为了消除单频谐波失真，串联谐波滤波器是有效的，但在少数情况下，需要使用双调谐谐波滤波器。
在整个过滤器的损失还需要补偿高度依赖于滤波器的选择。有时，对于高水平的非线性负载，需要同时使用有源和无源两种谐波滤波器。