原创 使用万用表和电流钳进行基本故障排查之一

谐波来源

确定问题

谐波是频率为基本电源频率的整数倍的电流或电压。例如，如果基频为 60 Hz，那么二次谐波为 120 Hz，三次谐波为 180 Hz，等等。

谐波由以突发脉冲方式而不是以平稳的正弦波方式吸入电流的非线性负载所产生。这些脉冲可引起失真电流波形，而这种失真电流波形反过来又会引起谐波电流流回电源系统的其它部分中。

问题原因

这种现象在具有二极管-电容器输入电源的设备中表现尤为突出，即个人计算机、打印机何医疗测试设备等。

在这些设备中，输入的交流电压经过二极管整流，随后被用于为一个大电容器充电。在几个周期之后，电容器被充电到正弦波的峰值电压（例如，对于 120 V 的交流电源线路来说为 170 V）。电子设备随后从这一较高直流电压吸入电流，以便为电路的其余部分供电。

设备可以吸收直至一个经过调节的低限值的电流。通常，在到达该限值之前，电容器被重新充电到正弦波下个半周期中的峰值。这一过程反复进行。电容器基本上仅在波形的峰值期间吸收一个电流脉冲。在波形的其余部分，当电压低于电容器的剩余值时，电容器就不会吸入电流。

办公设备中存在的二极管/电容器电源通常为单相、非线性负载（图 3A）。在工厂中，谐波电流的最常见原因是三相非线性负载，包括电子式电机驱动器以及不间断电源 (UPS)（图 3B）。

电压谐波

电力线本身可能是电压谐波的一个间接来源。

由非线性负载吸收的谐波电流通过欧姆定律关系与供电变压器的源阻抗发生作用，从而产生电压谐波。源阻抗包括供电变压器和分支电路部件。例如，从一个 0.1Ω 阻抗源吸收的 10 A 谐波电流将会产生 1.0 V 的谐波电压。

任何共享带有很高谐波负载的供电变压器或分支电路的负载，都可能受到所产生的电压谐波的影响。

个人计算机可能受到电压谐波影响。二极管/电容器电源的性能基本上取决于峰值电压的大小。电压谐波会引起电压波形的“平顶”，从而降低峰值电压（参见图 2B）。情况严重时，计算机可能会因峰值电压不足而发生重启。

在工业环境中，感应电机和功率因数校正电容器也可能受到电压谐波的严重影响。

功率因数校正电容器可与配电系统的感性部分构成一个谐振电路。如果谐振频率接近谐波电压的频率，则所产生的谐波电流就会显著增加，从而使电容器过载，并使电容器熔丝烧断。幸运的是，电容器故障会使电路解谐，谐振随即消失。