从我经历的一起起动柜零件烧毁案例谈“谐波”的危害

在用电器正常使用过程中，会产生一些谐波。主要是由于电器中的耗电元件的“非线性”产生的谐波，也有电器本身就是制造谐波副产品的（比如，变频器，输出的电压是调制方波，这种方波就带有很多的谐波成分）。
在工业用电中，电流和电压都会有谐波存在。
理想的电压是正弦波，理想的耗电元件是线性耗电时得到的电流波形也会是标准的正弦波。但如果是非线性耗电元件，比如电容，二极管等，就会导致电源呈现非正弦性，这种波形中就掺杂了“谐波”。

注意：纯电阻，在真实世界中绝对的纯电阻是不存在的，只是当元件在所在的应用环境中表现出来的电阻特性占绝对优势的时候，我们就可以把它看它纯电阻了。同一个电阻，在低频的时候，会显示出“纯”电阻的特性，但当到了超高频信号的环境中，它的电感特性就显著了，会对电路的特性造成影响，这个特点在通讯行业中，使用高速数据传输的时候，显得特别明显。打一个生活中的比喻：有的路段，会有那种专门用于汽车减速的减速带。我们车开的慢的时候，经过减速带，对车和乘员的影响不是明显，但如果车开得快，比如120km/h时，这个减速带对车和乘员的影响就明显了。这也是设置减速带的原因了，人为限制车速过快。

当电源质量差时（里面的谐波成分比较大时）则有机会导致用电器的损坏或者功能失灵或者误动作（统称为用电器故障）。如果是偶然产生的谐波导致的用电器故障，会显得莫名其妙，事后且无法查找原因。
我在现在的这家厂里经历过一件事，让我对谐波的“威力”有了一个感性的认识。当时不明白原因，后来研究变频器的性能时候，再联想到当时这个案例的背景，现在就明白了当时的原因了。
背景：我们集团有时会接到国外的订单，不同国家的电压等级是有差异。比如我们国家是三相电380V，印度是三相电415V。
我们一年总归有十多个印度市场的订单。有一次，我们生产的起动柜，在机组功能测试时，发生了元件烧坏损坏故障，造成的损失还比较大（主要是元件烧毁了后，波及到其它元件被烧毁）。当时我们以为是元件质量有问题，就重新更换了所有受损的电气元件。然而第二次上电后去，又是这个元件又引起烧毁故障。
当时我才接触电气行业，对这个现象就不明白，但这一次的故障给我留下了很深的印象。
随着在电气行业做的时间长了，我后来终于想明白了这一次元件烧毁的原因了。
1 我们一年十多个印度的订单，为什么单单是这一台柜子发生烧毁呢？
答：因为这一台柜子当时测试的时候，使用的是415V电源，而之前的其它柜子使用的是380V电源。
2 为什么这一次机组测试要用415V电源呢？
答：因为这一次客户要现场见证测试。测试台的同事就得老老实实地给机组驳415V的电压，而非380V电压。
3 为什么这一次415V的电压就有问题了呢？
答：因为415V的电源不是用变压器从电网变过来的，而是采用变频器供电。
4 为什么变频器供电就会有问题呢？
答：因为变频器供的电，有谐波。正好我们的那个元件，在这个谐波环境下使用，会发生烧毁（为什么这个元件在谐波环境下就会烧毁呢？这个我没有研究下去，因为是供应商研究的，我没有和这个元件的供应商打过交道，所以我就不知道个中原因了）
（补：）回来头来再看第1个问题，为什么测试人员之前会用380V，而不会用415V呢？
答：因为正常的机组，用380V的电也能带动得起来。厂内的测试，只是验证机组的功能正常，用380V电源就能满足。因为在已有的数据测试数据总结：只要机组功能正常，现在的机组可以达到设计的性能。工厂流水线上有5个测试台位，都是备380V电，另有一个测试台位可以提供变频器提供的415V电源（当然因为是变频器提供的电压，电压等级也可以在标称范围内随便调，400/460V或其它等级的电压都是可以的），如果都要到这个台位上测试，就要把机组转运到这个台位上，增加了额外的工作量。考虑厂内测试只是验证功能，通常大家就用380V的电源试一下机组。
这里看出，工厂如果专门的变压器来供电，则要多备好几款电压等级的变压器。即做多种抽头的变压器，可以得到不同的输出电压，因为机组使用的电流大，这种变压器的制造成本会很高，同时也有专门的配电房。使用变器频时，就不会有这些麻烦了。
因为我后来对变频器的输出电压电流的特性花了一点心思，知道变频器的电压波形是一个调制方波，里面有很多的谐波。【我个人学的机械，对电气起动柜算是半路出家的，这些对专业的人来说是基本功了】
变频器的输出电压波形

变频器的输出电流波形

经过此次烧毁的案例，我对谐波的危害有了一个新的认识。
同时我因为这个案例，对变频器的应用范围有了更新的认识，对它的功能也有了更深入的理解。（除了变频外，还可以有限度地调整输出电压的大小。）



有
的工厂中，电机烧毁，很多原因就是谐波的导致。
这种情况往往找不到原因，最后都是归结为电机不好。
在电气中，另一个也很难捉摸的问题是：电磁干扰。通常接地，使用带屏蔽网的电缆都会对这一类问题有帮助。对接地点的位置选择也有讲究。