静音发电机输出电压失真度的原因与影响​

一、什么是电压波形失真？
理想的交流电是平滑、圆润的正弦波。当发电机产生的电压波形出现扭曲、毛刺或变形时，就发生了失真。这些畸变可以分解为一个基波（50Hz/60Hz的主波）和多个频率是基波整数倍的高次谐波（如100Hz、150Hz、250Hz等）。THD就是所有这些谐波分量有效值之和与基波有效值之比的百分比。
THD (%) = （谐波电压总有效值 / 基波电压有效值） × 100%
对一般用途的发电机，要求THD低于5%；对精密设备，要求低于3%。
二、输出电压失真的主要原因
导致THD过大的根源主要在于发电机的设计和负载特性。
1. 发电机本身的设计与制造因素
励磁系统与波形优化： 发电机的磁场波形并非完全正弦，会引入少量低次谐波。优秀的自动电压调节器（AVR） 和发电机设计能很好地抑制这些固有谐波。
定子绕组设计： 采用短距分布绕组可以有效地削弱和消除特定次数的谐波。工艺较差的发电机在这方面表现不佳。
发电机类型：
永磁发电机（PMG）励磁系统： 配备PMG的发电机，其AVR的电源来自独立的永磁机，而非主输出，因此能提供极强的励磁能力，即使在应对非线性负载产生的强谐波磁场时，也能保持输出电压波形稳定，THD通常更低。
无PMG的发电机： 其AVR直接从主机输出取电，当非线性负载导致波形畸变时，会进一步干扰AVR的工作，形成恶性循环，导致THD增大。
2. 负载因素（主要、常见的原因）
这是导致现场THD过高的首要因素。负载中的非线性元件会导致电流波形畸变，而这个畸变的电流流经发电机的内阻抗（阻抗），就会引发电压波形失真。
非线性负载（罪魁祸首）： 这类负载的电流波形不是正弦波。例如：
开关电源（SMPS）： 计算机、服务器、LED灯、变频器、UPS等现代电子设备的电源。
整流装置： 电池充电器、变频空调、工业直流电源。
电弧设备： 荧光灯、电焊机。
工作原理： 非线性负载会吸收脉冲状的电流，这些电流富含谐波（尤其是3次、5次、7次谐波）。这些谐波电流在发电机的绕组和电缆上产生谐波电压降，从而污染了输出电压波形。
三、电压失真度高的严重影响
高THD不仅仅是一个技术参数，它会产生实实在在的危害。
对发电机组本身的影响：
发热加剧，寿命缩短： 谐波电流会导致发电机绕组、变压器、中性线额外发热，效率下降，绝缘老化加速，长期运行可能烧毁电机。
AVR工作异常或损坏： AVR依赖采样电压来调节。如果采样电压本身因失真而异常，AVR会做出错误调节，导致电压不稳定，甚至自身损坏。
谐振风险： 发电机的电感可能与系统中的电容在某一谐波频率下发生谐振，产生过电压或过电流，损坏设备。
对连接设备的影响：
敏感电子设备故障： 计算机、PLC、医疗设备、精密仪器等会因电压失真而运行出错、数据丢失、甚至硬件损坏。
电机过热和转矩脉动： 导致电动机额外发热、效率降低、产生振动和噪音。
断路器误动作： 可能导致断路器无故跳闸，影响供电连续性。
计量不准： 导致电度表等计量设备读数不准确。
四、解决方案与建议
源头控制：选择低THD的发电机
为非线性负载供电时，优先选择设计优良、采用PMG励磁系统的发电机。这类发电机具有更强的“谐波抵抗”能力，能维持较低的电压THD。
隔离净化：使用滤波器
无源滤波器： 针对主要谐波次数（如5次、7次）进行滤波。
有源滤波器（APF）： 实时检测谐波电流并注入反向补偿电流，滤波效果好，但成本较高。
正确选型：放大发电机容量
为非线性负载供电时，不能只按视在功率（kVA）选型，必须考虑谐波影响。通常需要选择比负载总功率大1.5至2倍的发电机，以提供足够的电流裕量来承受谐波，避免电压波形严重失真。