主动谐波过滤器 - 减轻有害谐波的最终方法

对于电气系统以其预期的方式起作用而无需显着损失性能或寿命，它们需要提供质量优良的电力供应。优质的电力具有以下特点：

• 它必须有服务的连续性(不被中断)。
• 它必须具有非常低的谐波内容。
• 它必须具有极低的电压幅度变化。
• 它必须具有非常低的瞬态电压和电流。

术语“清洁功率”用于描述被认为具有良好质量（见上文）的电力，特别是对非常低的谐波含量。因此，术语“脏功率”用于描述被认为是低质量（与上述相反）的电力，特别是对非常高的谐波含量。

在澳大利亚，我们的电力以50赫兹的交流电供应。在交流电中，电荷的运动周期性地反转方向。在直流电中，电荷只向一个方向流动。50Hz表示交流频率为每秒50个周期。这也被称为“基本”频率。交流电是向企业和住宅输送电力的一种形式。大多数电气设备（如电动机）需要清洁的电力才能正常工作。这意味着电源必须是清晰的正弦波。

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简而言之，谐波是在电路中出现时会使交流正弦波失真的额外频率。波的谐波是信号的分量频率，它是基频的整数倍。例如，如果基频为f，则谐波的频率为2f, 3f, 4f…等。

谐波频率的间隔与基频的宽度相等，可以通过重复增加该频率得到。在澳大利亚供电的情况下，基频是50Hz。谐波频率有100Hz、150Hz、200Hz、250Hz、300Hz、350Hz等。

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如果您偶尔会遇到一些无法解释的灯光，诸如闪烁的灯光，警报，或MCB，MCCB，RCD和地球泄漏设备跳闸，您最有可能在电气环境中经历谐波。其他迹象是电缆运行热，热电路板或过热电机。如果您经常更换电机的轴承和绝缘，这是谐波存在的强烈迹象。

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谐波在电气系统内非常有害，并且可能产生严重后果。例如，谐波的存在减少了设备的寿命。如果您在预期的寿命前需要更换，则无法实现您在电机和驱动器中制造的投资。这可能非常昂贵。谐波导致事物运行热，这导致电缆和设备的压力。

从长远来看，这会降低电力系统的性能。谐波的存在也意味着，尽管你会为你所提供的电力付费，但其中很大一部分可能无法使用。谐波缓解是采取行动，以尽量减少谐波的存在，在您的电气系统，可以实现巨大的成本节约。

变速驱动器(也称为可变频率驱动器)是多产的创造者的谐波，在电力系统，因此，大多数谐波缓解努力集中在输入侧和输出侧的变频器。

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电能质量产品在电力系统中起到滤波器的作用，以限制谐波和射频干扰(RFI)。本质上，他们把“脏”的能源变成了“清洁”的能源。变速驱动器(VSD)是电力系统中大量谐波的创造者，因此，大多数谐波缓解工作集中在VSD的输入端和输出端。根据具体情况，有各种各样的产品被用来缓解谐波。

此外，还有许多方法可以减少RFI的影响，这取决于您的应用程序。对于传导射频识别，您可以选择从一个大范围的射频识别滤波器，扼流圈和脉冲变压器。RFI滤波器可作为馈通组件，或作为PCB滤波器，IEC进口滤波器和电源输入模块，三相滤波器，三相和中性线滤波器，输出滤波器，EMC/EMI扼流圈和脉冲变压器。对于辐射射频识别，您可以从多种屏蔽产品中选择。

FuseCo的电力质量顾问可以通过进行网站分析或根据特定电气系统的细节进行网站分析或简单地提供建议。

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是的!这是消除谐波相关问题的最好方法。

谐波缓解在“设计中”是最具成本效益的。现有设施的缓解是可能的，但如果不采取“从头开始”的办法，成本很可能会大大增加。

设计谐波缓解的好理由与经济，性能和可靠性有关。所有这三个原因都具有美元的影响。

1. 经济性：谐波导致能源浪费。必须有人为此付出代价，而供应当局已在一般关税中反映了这一点。随着联邦和州政府施加越来越大的政治压力，限制电价的交叉补贴，迫使供电部门惩罚那些“电线杆”紧张的工业和商业消费者，预计这一局面将会结束。
2. 性能:谐波会降低对电能质量敏感的设备的性能，造成生产力损失、服务支出和更换寿命范围内受损设备(如电机)的额外资本支出。
3. 可靠性:建筑物或工厂内的电网必须100%可用。由于故障导致的中断，包括保护装置的误脱，会造成严重的成本影响和生产中断造成的利润损失。

谐波缓解解决方案应根据应用类型定制。在许多方面，每种安装都是独一无二的，但申请广泛的指导方针。

商业场所

三相载荷通常是HVAC，移动人行道和自动扶梯和电梯。HVAC植物产生了显着的谐波。

单相载荷通常提供最高的聚合谐波负载。主要来源是IT设备和照明镇流器。单相电路的负载平衡是当有高谐波含量时的重要设计考虑因素。两相载荷频繁较少，但可能保留用于某些商业厨房。

由于谐波含量的增加，租户的变化和设施的扩张(更多的办公室，商店等)会使网络超载。除非安装了谐波减振器，否则变电站变压器的容量很容易被超越。

工厂

许多负载是三相三线的。变电站变压器很可能为大型用户连接到中压配电和工厂扩建可以挑战变电站超出容量。

总的来说，单相负荷可能小于三相负荷。对电路和负载缓解的仔细考虑将提供高电能质量（例如：负序谐波的缓解、转换器的换相槽），并允许控制装置（PLC、微控制器、工业总线系统）在清洁电源下运行。

由于电机的加载和卸载，功率因数通常很低或可变。考虑功率因数控制与谐波抑制相结合是重要的，最好在设计阶段做。

在共同耦合点的电压畸变

减少谐波会增加电力装置的成本，因此经常被忽视。有时â€~ suck it和see’政策被采用。

谐波不只是一个内部问题。它们被输出到供应系统，尽管插入transformers–甚至无处不在的第三次谐波，因为安装从来没有相位平衡。”

如果供电机构投诉在公共耦合(pcc)点的电压失真程度，则可以指定谐波滤波。请注意，澳大利亚有关谐波电压畸变的标准是AS/NZS 61000.3.6。供电当局可以坚持他们自己的最大电压失真水平。

需求因谐波而增加

随着能源调节器看起来更仔细地在“镀金”的杆和电线上，往往是在必须满足高需求间隔的基础上进行辩护，消费者可以预期可差的功率因数和/或高表观电量的收费。平坦需求峰是实现经济高效的分配系统的最重要方式。

需求以各种方式衡量：

• 最大千瓦-15/30分钟耗电量
• 最多千伏-AMP-15/30分钟需求（明显的电源）
• 最大千伏安培无功功率（kVAr）-15/30分钟无功功率需求

也可以将上述需求参数和功率因数组合，这通常是位移功率因数。谐波严重降低了功率因数，因此增加了视在功率。

受谐波影响的变电站变压器

购买中压而非低压电能的消费者将拥有变电站变压器，变电站变压器可能属于他们，也可能不属于他们，但由谐波引起的问题属于他们。谐波可以严重降低变压器，这并不夸张，在澳大利亚没有太多的注意到“谐波硬化”变压器。涡流损耗与幅值和谐波频率的平方成正比，将缩短变压器的使用寿命。

接线损耗和可靠性

由于谐波在导体中的接近和表皮效应通常会增加能量损失，远远超过基频(50hz)的I2R损失。这些额外的损耗可能会破坏配电板，包括中性点在内的过载导体，并导致customer’s安装中的电压失真。影响保护的可靠性。磁跳闸断路器可以通过严重的电流失真(非常高的峰值电流)跳闸和热跳闸断路器通过谐波电流成分的加热效应。因此，谐波会破坏保护装置的协调。剩余电流设备(rcd)也可能发生故障。

设计规则

通过尽可能接近谐波的谐波缓解，最佳避免了网状化系统中的能量浪费。通过聚合一些谐波产生负载来实现经济体，例如变速驱动器。在单独的电路上通常最佳地连接大型额定值。使用三相4线谐波过滤器（建议用于高变形负载的有源过滤器）在子配电板级别最具经济减轻的单相载荷。

中性电流补偿可以在不平衡的情况下是一个问题，并且零序列（第3，第9等）谐波补偿最佳地达到每相位。子站的变压器选择应基于具有可用预测谐波内容的安装线图。有关备用发电机的安装，缓解滤波器应避免创建领先的电源因素。对于使用无源电容器 - 组位移功率因数校正的安装，必须采用烘干扼流圈来避免谐振问题。

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随着电力公司不断被推向供应能力的极限，不断上升的能源成本和不断下降的电力质量将继续成为消费者的一个问题。用户不断寻找方法，不仅降低能源成本，但也确保他们的过程将继续运行，无论传入的电力质量。为了实现这一点，越来越多的变频驱动器，UPS系统，和其他非线性负载正在安装。交流(AC)的通常波形通常是正弦波或正弦波。这被认为是基本波形。线性负载产生的电流与正弦电压成比例。非线性负载，例如驱动器，通过只在波峰附近传导电流来改变其阻抗。在波形期间开关负载导致非正弦电流脉冲。这些脉冲将反射电流(谐波)引入配电系统。非正弦波有基波加上基波的整数倍。

根据具体情况，有多种产品可用于缓解谐波。Fuseco的电能质量顾问可以通过进行现场分析或根据特定电气系统的细节提供建议来提供帮助。以下是产品组的简要摘要：

VSD的线（输入）侧

设备功能：

• 线路电抗器是降低谐波的简单而经济的方法。提供3%和5%版本。
• 无源谐波滤波器显著降低了VSD输出到系统的谐波，也提高了真实功率因数。
• 符合IEEE519标准。
• 有源谐波滤波器有源滤波器注入一个180度的反向电流，以消除返回系统的谐波含量。它们可以减少谐波，补偿电压骤降，并且可以处理与所需无功功率相关的多个VSD。符合IEEE519标准。

VSD的负载(输出)侧

设备功能：

• 负载电抗器减少谐波的简单且经济有效的方法。有3% & 5%的版本。
• DV / DT过滤器DV / DT滤波器设计用于限制峰值电压并提高电压上升时间。除了缓解谐波外，DV / DT滤波器还还夹电压尖峰。
• SineWave过滤最终负载侧谐波缓解产品。过滤所有谐波，包括反光电流，涡流，共模电流。可用于长电缆运行（多KMS）。停止加热电缆。非常适合电机的寿命。

又称电感器，扼流带和线路滤波器，线路反应器用于VSD，逆变器或其他非线性设备的输入。线路反应堆具有以下特点：

• 实际上消除了麻烦的跳闸。
• 延长半导体使用寿命。
• 减少谐波失真。
• 减少浪涌电流。
• 提高真正的功率因数。

现在，变速驱动器（VSD）的制造商在极其竞争力的市场中运行，除非最终用户特别要求，否则在没有输入反应器的情况下提供驱动产品的趋势。然而，用户通常不熟悉反应堆有利于驱动器电子设备的可靠性以及电源的质量的原因。

• 一个反应器缓冲了由于电力和负载切换而引起的输入瞬变。
• 电抗器可防止高浪涌电流并降低输入组件上的瞬态负载。
• 电抗器改善VSD/VFD峰值因子，减少电源输入线路损耗。
• 电抗器控制由整流输入电路引起的线路电流谐波的排放。
• 电抗器控制换向槽对电源的影响。
• 反应器保护并增加VSD的直流连接电容的使用寿命。
• 一个反应器将差分模式的低频现象降低到几百千赫。

电抗器在标准下不要求“短路电流额定值”。

不，只要你在这三个阶段都保持一致。

反应器可从非常低的阻抗值<1％到高阻抗值> 15％。最常用的反应堆可用是3％。

等于或大于≥4％的更高阻抗的反应器将减轻更多的谐波，但也会有更大的能量损失。

等于或小于≤1.5％的较高阻抗的反应器将具有较少的能量损失，但也减轻了稍微减少的谐波。

只要传入的电力强壮并且尚未反映了线电压的凹陷或向下摆动，向已经有一个内置的2.5％线路反应堆添加了谐波过滤器将不是一个问题。在滤波器电路中具有串联线电抗器非常重要。如果满载的2.5％附加电压下降是一个问题，建议驱动器客户删除驱动器内部2.5％线路电抗器。设计成谐波滤波器的系列电感提供电感值，这对滤波器执行的谐波缓解水平非常重要。

是的，进行了独立的第三方测试，以评估旁路系统上的谐波滤波器。关注的是确保串联电感器不提供线路电压下降过多，以防止旁路控制接触器的正常操作。测试了75 HP NEMA设计带有旁路选项的电机和驱动器包。广泛的测试表明，480/120伏控制电力变压器上的电压降在串联反应器引起的全部负载下大约为10％，在接触器线圈内越差额定额定值。旁路电路工作非常好，结果得出结论，谐波滤波器可与标准驱动/旁路配置一起使用，而无需任何特殊的系统修改。

它们可以用在电源输入(线电抗器)，在整流器和电容器之间的直流环节(直流环节扼流圈)和在驱动输出到电机(电机电抗器)。在这些位置上的每个反应堆都有特定的效果，这些效果绝不是相互排斥的。输入线电抗器的功能与驱动输出的滤波器有很大的不同，在一个系统中包含这两种功能是完全合理的。

也被称为“低通滤波器”，无源谐波滤波器减少谐波在VSD，逆变器或其他非线性设备。无源谐波滤波器具有以下特点:

• 将谐波降低到5-6％。
• 减少电缆发热和线路损耗。
• 提高功率因数。
• 减少系统损耗。
• 尽量减少对其他设备的干扰。
• 改善系统电压/电流波形。
• 防止熔断器和断路器跳闸。
• 符合IEEE519标准。

有源过滤器是在VSD的线路（输入）侧或VSD组中使用的设备。主动谐波滤波器主要用于主交换机的组谐波补偿。
有源滤波器注入一个180度的反向电流，以消除返回系统的谐波含量。有源谐波滤波器具有以下特点：

• 将谐波降低至5％或更少。
• 无功电流控制。
• 补偿电压下降。
• 负载侧暂态抑制。
• 负载侧浪涌抑制。
• 减少供应落下和潮流。
• 可以处理多个VSD相对于所需的无功功率。
• 提高电气系统效率。
• 减少运营和维护成本。
• 符合IEEE519标准。

负载电抗器也称为电机扼流圈，负载滤波器和电感，负载电抗器用于VSD，逆变器或其他非线性设备的输出侧。负载电抗器具有以下特点:

• 将谐波降低至5％或更少。
• 保护电机免受长引线的影响。
• 减少反射电流。
• 减少谐波失真。
• 减少浪涌电流。
• 降低电机温度。
• 降低电机可听噪声。

DV / DT过滤器设计用于保护AC电机免受长铅峰值电压的破坏性影响。DV / DT过滤器具有以下功能：

• 增加轴承寿命和运行时间。
• 减少共模噪声和电流。
• 防止电压尖峰超过1kV。
• 降低电机峰值电压。
• 保护电机绝缘。
• 降低电机工作温度。

该滤波器的主要目的是定位和控制dv/dt对VFD输出的影响。由于使用的电路，滤波器还减少了共模电流的内容30-40%的线路。这是特别有用的防止电机轴轴承电流，这是已知的导致过早电机轴承故障在可调频率驱动应用。

dV/dT输出滤波器的一个非常积极的效果是大大减少了线路上的共模电流。共模电流是引起电机轴轴承电流并由此导致电机轴承故障的现象。通过减少这种电流，电机轴承可以享有更长的使用寿命。dV/dT滤波器不会消除这个电流，但会减少30 - 40%的线路内容。这是值得注意的，非常需要在电机和驱动应用。

dV/dT滤波器是针对dV/dT的驱动器输出滤波器。该滤波器在这方面非常有效，可以保护标准和特殊服务的电动机免受dv/dt的损坏影响。然而，dV/dT滤波器不返回驱动输出方波为正弦波波形，因此不称为正弦波滤波器。

正弦波滤波器是专门为那些需要极低失真和接近完美的正弦波性能的应用设计的。

大多数dV/dT滤波器的设计和开发覆盖了NEMA框架电机的绝大多数应用，通过600 HP在480伏特。在该电流水平之上，dV/dT滤波器可以并行实现使用单个设备的性能。例如，如果需要1500安培，两个750安培的单位可以并联，并通过一个共同的电源块连接在滤波器的线和负载侧。

dV/dT输出滤波器被设计成直接位于VFD旁边。建议滤波器位于驱动器10英尺（3米）范围内，以便在电压失真在线路上升级并损坏电机和引线电缆之前，正确处理电压失真dV/dT。

DV / DT过滤器由两个主要组件组成。滤波器的第一部分是串联电抗器，其抑制VFD的输出上的电压失真。第二组件是缓冲电路，其在典型的480伏系统上有效地降低了每微秒的电压失真DV / DT至1,000伏。这两个组件在保护电动机和驱动器的输出侧的电动机和DV / DT的影响非常有效。

dV/dT输出滤波器可以用于大多数商业和工业应用是电机位于一个扩展距离的变频器。典型的应用包括HVAC风扇，泵，输送机，钻井应用，和其他驱动应用，电机位于从驱动器约30m到1000m。

dV/dT输出滤波器的设计目的是将峰值电压限制在大约1000伏。这些滤波器在最简单的驱动/电机应用中是成功的，其中引线长度约为1000米或更少，调制输出波形是可接受的负载。就线电抗器而言，用线电抗器实现的电感电抗可以减缓尖峰的上升时间，但不能限制它的大小。正弦波滤波器可以消除调制过程中的载波频率影响。结果是一个平滑的正弦波形和负载友好的电源。

除了保护电机外，正弦波过滤器还为VSD /逆变器提供保护。SineWave过滤器具有以下功能：

• 可以使用非屏蔽电机电缆导致项目成本较低。
• 电机运行寿命增加。龙电机电缆是可能的。
• 显著降低涡流和杂散磁损耗。
• 轴承电流显著降低。
• 消除转矩脉动。
• 消除电压波反射。
• 减少电机噪音，振动和热量。

正弦波滤波器是高性能的L-C-R低通滤波器。这是一个结合电感、电容和电阻的调谐滤波器。

过滤器的目标是重复典型电力公司的努力。根据公用事业标准，电能质量是将电压失真限制在5%左右。这是在任何传统的鼠笼感应电机的操作标准。这是很好的接受任何标准的变压器，以及负荷的过滤器是一个变压器。

使用谐波过滤器，其中驱动器是负载的大部分。过滤的主要候选者是可变频率驱动器的安装或设施中的可调速度设备，其中那些驱动器代表负载的大部分，或根据适用标准根据适用标准呼叫有限谐波时。

性能不随负载下降，在100%和50%负载时均达到优异性能。

目前还没有一种我们所知道的用于单相驱动的无源谐波抑制装置HG7。但是人们可以在单相电路中使用三相反应堆，这将发挥有限的缓解作用。

高耐久性电容器在任何谐波相关设备的使用寿命中都是至关重要的。流过任何谐波滤波器的谐波电流非常严苛，在电气部件上很难。早期在第一次谐波过滤器的发展中发现，发现高耐久性或谐波额定电容器至关重要，以确保使用寿命长。标准功率因数校正盖或电机启动帽是保护过滤器和驱动系统服务的差点。虽然高耐久性电容器相当昂贵，但已经发现它是一个重要的组成部分，可以节省最终客户的巨大成本。

谐波滤波器被设计用于标准NEMA设计电机上的任何标准、6脉冲和PWM驱动。如果打算在包含制动电阻或再生驱动电路的驱动系统上使用谐波滤波器，应联系供应商以确保兼容性。

在研究了当今工业中使用的标准驱动产品后。标准，6脉冲，PWM驱动器和标准NEMA设计电机是兼容的软件包。当使用谐波滤波器时，这些驱动器通常不需要特殊的调整。如果您的驱动器应用程序使用的是独特的驱动器组件，请联系驱动器制造商的技术支持人员，以澄清对谐波缓解设备的限制。

真正的电力系统评估的最好方法是在设施中进行实际的电力测量。为了一个非正式的，计算机辅助的电力系统审查，TCI提供了分析程序，可以在TCI网站上找到www.transcoil.com.．请联系TCI技术支持，就这一点和其他符合IEEE-519标准的想法提供帮助。

谐波过滤器配有一个系列线反应堆作为其设计的一部分。通常不需要单独的线路反应器。

只要传入的电力强壮并且尚未反映了线电压的凹陷或向下摆动，向已经有一个内置的2.5％线路反应堆添加了谐波过滤器将不是一个问题。在滤波器电路中具有串联线电抗器非常重要。如果满载的2.5％附加电压下降是一个问题，建议驱动器客户删除驱动器内部2.5％线路电抗器。设计成谐波滤波器的系列电感提供电感值，这对滤波器执行的谐波缓解水平非常重要。

是的，进行了独立的第三方测试，以评估旁路系统上的谐波滤波器。关注的是确保串联电感器不提供线路电压下降过多，以防止旁路控制接触器的正常操作。测试了75 HP NEMA设计带有旁路选项的电机和驱动器包。广泛的测试表明，480/120伏控制电力变压器上的电压降在串联反应器引起的全部负载下大约为10％，在接触器线圈内越差额定额定值。旁路电路工作非常好，结果得出结论，谐波滤波器可与标准驱动/旁路配置一起使用，而无需任何特殊的系统修改。

谐波滤波器的设计专注于驱动应用程序，但也可以用于多个电机系统。谨慎必须采取适当的尺寸的单位，以及考虑到所有的电力系统变量考虑。

解决规范和谐波限制的最佳方法是对电力系统进行适当的分析，以建立当前电力系统在公共耦合点(PCC)上的谐波基线值。一旦该值被发现，一个适当的解决方案可以制定为您的设施。对于在驱动器或滤波器端子上说明特定值的规范，通常提供满足大多数电能质量规范限制的谐波滤波器。当今大多数电力质量专家都依赖于IEEE/IEC委员会的研究结果。IEEE/IEC建立的指导方针是他们的标准519。当客户评估驱动器或滤波器端子处的谐波含量时，大多数驱动器应用的谐波滤波器都能够达到标准。该标准已达到行业广泛的接受水平，大多数电能质量工程师将参考该标准，并公开接受用于驱动应用的谐波或低通滤波器的性能。有关IEEE/IEC -519要求的更多信息，请参考标准参考。

电能质量规范很难解释，而且常常令人困惑。有关标准的准确定义和涉及易于理解的信息的讨论，请联系我们的技术支持团队。

您可以在发电机电源上使用HG7;但是，正确尺寸为设备更为重要。如果非线性负载代表总发生器负载的大部分并且驱动器非常轻，则滤波器电容可能导致发电机能够体验电压调节问题。您还可以联系发电机提供商以获取有关在其系统上使用谐波缓解和电容设备的指导方针。

这些频率可以是通过电力线传导的任一噪声或通过空气辐射到电力线上。

共模噪声是所有电源线上相对于地面的电气噪声。差模噪声是一条线路相对于另一条线路的电噪声。当考虑在变速驱动应用中使用滤波器时，必须注意共模噪声降低是最重要的因素。由于直流母线电容器的存在，变频驱动器产生的差模或线对线电气噪声非常小。

与驱动输入电流成为选择和大小标准的重要部分的输入或线路侧设备不同，基于负载本身大小的输出设备。负载确定将通过过滤器绘制的电流。仅基于电机的全负载放大器（FLA）额定值的滤波器尺寸。我们建议您的尺寸不超过11​​0％的驱动输出过滤器，以确保驱动器，负载和过滤器之间的合适匹配。

像几乎所有的无源设备一样，有一个相关的损耗因素。实际设备效率取决于RMS电流负载。功率电阻是电压，不是电流敏感，并将经历一个恒定的损耗因数。满载损耗信息一般以瓦数表示。

IEEE是电气和电子工程师协会。

IEEE 519是一份最初于1981年发表的文件，名为“电力系统谐波控制的推荐实践和要求”。

澳大利亚谐波电压失真的相关标准是/ NZS 61000.3.6，它与IEEE 519建议兼容。

如果供应权​​限在公共耦合点（PCC）处的电压失真程度不满意，则可以指定谐波滤波以符合澳大利亚标准。

有关AS/NZS 61000.3.6的详细信息，请参阅下表

奇怪的谐波，非血统3		奇次谐波，3的倍数(三重)		即使是谐波
顺序，H.	%谐波电压	顺序，H.	%谐波电压	顺序，H.	%谐波电压
5.	5.	3.	5.	2	2
7.	5.	9.	1．5	4.	1
11	3.5	15	0.03	6.	0．5
13	3.	21	0．02	8.	0．5
17	2	> 21	0．02	10	0．5
19	1．5			12	0．2
23	1．5			> 12	0．2
25	1．5
> 25	0.2 + 1.1 (25/h)

注:总谐波失真(TDHV) 8%最大