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?


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。



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。

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。
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。


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。