电子设备产生的谐波失真是什么

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谐波失真是由在短脉冲中汲取电流的电子电路产生的，例如变速电动机驱动器、个人计算机、打印机、照明应用中使用的电子镇流器以及许多类型的医学测试设备。在存在大量非线性单相负载的地方，谐波尤其成为问题。当电子电路以短脉冲汲取电流时，设备效率得到了改善，但这会导致电源线上的谐波失真。



非线性载荷

引起谐波的非线性负载有两种非常常见的类型。第一种非线性负载包括计算机、复印机和其他使用开关模式电源（SMPS）的类似120V电子设备。这些负载是208Y/120V系统中零线电流的主要贡献者。此外，变速电动机驱动器使用类似的电源并在许多电压下运行。第二种单相非线性负载包括277V电子照明镇流器，该镇流器在480Y/277V配电系统中占主导地位。

开关电源

一个SMPS是一个电源的电子设备，其包括快速切换负载电流接通和断开，以提供稳定的输出电压的内部控制电路。SMPS也可以称为开关电源。SMPS通常在电子设备中使用，因为它们本质上比老式的线性电源设计更有效。但是，SMPS复杂得多，难以正确设计。

SMPS的首要任务是整流交流输入。典型的单相SMPS设计为使用全波桥式整流器。整流后的直流电压为平滑电容器充电，该平滑电容器用于使电压均匀。仅当电压超过某个最小值时，二极管才被正向偏置。因此，电流仅在电压超过最小值的周期部分中流动。电容器还仅在电压峰值处汲取电流，因为它在整流后的直流电源的纹波之间无法完全放电。在其余的正弦波期间，电容器不吸收电流。这导致仅在交流正弦波的每个半周期的峰值期间汲取电流的电路。

谐波还会导致电压波形“平顶”，从而降低电路峰值电压。当许多负载以最大电压电平以脉冲形式吸收电流并使电源过载时，就会发生平顶现象。发生平顶现象时，由于电压降低，电容器无法充满电。在严重的平顶情况或发生平顶和电压骤降的情况下，由于峰值电压不足以使电容器保持充电，计算机或其他电子设备可能会连续复位。

由于电流波形明显失真，因此SMPS电路的功率因数很低。最简单的SMPS类型的功率因数约为0.6。更复杂的SMPS具有迫使输入电流遵循电压输入的正弦波形的电路。对于直流输入，不需要整流步骤。

SMPS操作的下一步是逆变器级。逆变器通过以高频率接通和关断直流电将直流电转换为交流电。通常将频率选择为高于可听范围，以最大程度地降低噪声。反向交流电可以通过一个较小的高频降压变压器发送，从而与电源隔离。如果需要直流输出，则对变压器输出进行整流和再次滤波。在其他电源设计中，降压变压器可能位于整流器部分的前面。无论哪种情况，这些负载都被表征为非线性，因为与理想电流波形相比，输入电流会明显失真。

照明镇流器

在许多商业建筑中，照明最多可占能源消耗的40％。这使得照明成为提高能源效率计划的共同目标。高效节能的荧光灯或高强度放电（HID）照明通常用于替代白炽灯。

荧光灯和HID灯需要镇流器。甲镇流器是负责通过灯提供初始启动电压和保持恒定的电流的控制器。较旧的电磁镇流器在60Hz的线路频率上使用电源。现代电子镇流器使用二极管将60Hz电源转换为DC。然后将直流电转换为高频交流电，以用于灯中。电子镇流器的频率可以高达约60kHz。镇流器会在电源线上产生谐波。另外，镇流器会在电流和电压之间产生相移，从而导致低功率因数。
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电子镇流器行业已普遍采用了建立最大允许电流THD的标准。这些标准在ANSI标准C82.11中概述。此ANSI标准将照明镇流器的电流THD限制为32％。ANSI规范非常全面，因为它对特定的低阶谐波（第二和第三次），高阶谐波（大于11次），三次谐波和THD进行了限制。镇流器制造商已实施无源滤波以减少谐波，许多现代镇流器的总谐波失真（THD）或更低，为20％。

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