你有没有发现一个奇怪的现象:电网中我们能检测到3次、5次、7次等奇数次谐波,却几乎看不到2次、4次、6次这样的偶数次谐波。这到底是为什么?难道偶数次谐波天生就不会出现吗?
1.什么是电网谐波?
要弄明白偶数次谐波为什么罕见,首先得知道“谐波”到底是什么。我们平时用的交流电,理想状态下是标准的正弦波,频率固定为50Hz,这被称为“基波”,就像音乐里的“主旋律”。

但现实中,很多电器并不是“乖乖听话”的——比如LED灯、手机充电器、笔记本电源、空调等,它们属于“非线性设备”,不会顺着基波的节奏工作,反而会“干扰”基波,把平滑的正弦波“掰弯”,变成奇形怪状的波形。
这些畸变的波形,用数学上的“傅里叶分解”方法拆解后,就会发现它其实是由基波(50Hz)和一系列频率是基波整数倍的“谐波”组成的。比如3次谐波就是150Hz(50×3),5次谐波是250Hz(50×5),而偶数次谐波就是100Hz(2次)、200Hz(4次)这类频率为基波偶数倍的波形。

2.全桥整流技术“消灭”了偶数次谐波
为什么我们几乎看不到偶数次谐波?关键就在于现在市面上绝大多数非线性设备,都采用了一种叫“全桥整流”的核心技术——这正是我们身边电器的“隐藏操作”,也是偶数次谐波罕见的重要原因。

什么是全桥整流?我们可以用一个简单的比喻理解:电网的交流电就像一条上下起伏的波浪,正半周向上、负半周向下,方向不断变化;而全桥整流就像一个“波形转换器”,不管电流是正半周还是负半周,它都能把电流的方向“掰正”,变成同一个方向的直流电(或者脉动直流电),就像把上下起伏的波浪,全拍平成一条单向流动的水流。

而我们身边的LED灯、手机充电器、电脑电源,甚至是家里的空调、洗衣机,几乎都用了全桥整流技术,所以它们产生的谐波,全都是奇数次的,偶数次谐波自然就很难见到了。

3.波形不对称,才会出现偶数次谐波
当然,偶数次谐波并不是绝对不存在,只是在现在的电网中极其罕见。只有当电网中的波形出现“不对称”时,偶数次谐波才会出现,常见的情况有两种:
01 第一种是采用“半波整流”技术的设备。半波整流和全桥整流不一样,它只利用交流电的正半周(或负半周),会直接丢弃另一半波形,这样处理后的波形必然是不对称的,傅里叶分解后就会出现偶数次谐波。但半波整流的效率非常低,会浪费大量电能,现在已经被全桥整流彻底淘汰,只有一些老旧到几乎淘汰的设备(比如几十年前的老式充电器)才会使用,所以很难在电网中检测到。
02 第二种是设备故障。比如电器中的整流二极管损坏,导致正半周和负半周的电流无法正常转换,波形变得不对称,这时候也会产生偶数次谐波。但这种情况属于故障状态,一旦出现,电器通常会无法正常工作,或者触发保护机制,不会长期在电网中产生影响,所以也很难被检测到。

谐波会给电力系统带来严重的干扰和破坏,严重的甚至会导致电力系统瘫痪。
4.为什么偶次谐波“很少有”
简单来说,电网中几乎看不到偶数次谐波,核心是“全桥整流技术”的普及:它让电器产生的波形保持对称,而对称波形无法分解出偶数次谐波,即正常设备不产生偶次谐波;此外,电力系统中的变压器本身对偶次谐波有一定的抑制能力。
5.有没有能消除谐波的电能表?
严格来说,没有电能表能够“消除”谐波。电能表的职责是“计量”,而非“治理”。虽然电能表不消除谐波,但电力系统中确实有专门用来“消除”谐波的装置,它们被称为滤波器。

最新相关研究表明,在电能表前端加装适当的滤波器,可以有效降低谐波对计量精度的影响。
审核编辑 黄宇
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