谐波 (harmonic wave)，从严格的意义来讲，谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。从广义上讲，由于交流电网有效分量为工频单一频率，因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波，这时“谐波”这个词的意义已经变得与原意有些不符。正是因为广义的谐波概念，才有了“分数谐波”、“间谐波”、“次谐波”等等说法。谐波产生的原因主要有：由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变产生谐波。主要非线性负载有UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等。谐波的频率必然也等于基波的频率的整数倍，基波频率3倍的波称之为三次谐波，基波频率5倍的波称之为五次谐波，以此类推。不管几次谐波，他们都是正弦波。
谐波的相关术语：
1、谐波（分量） harmonic （component）
对周期性交流量进行付立叶级数分解得到频率为基波频率大于1 整数倍的分量。
2、谐波次数（h） harmonic order（h）
谐波频率与基波频率的整数比。
3、谐波含量（电压或电流） harmonic content （for voltage or current）
从周期性交流量中减去基波分量后所得的量。
4、谐波含有率harmonic ratio （hr）
周期性交流量中含有的第h 次谐波分量的方均根值与基波分量的方均根值之比（用百分数表示），第h 次谐波电压含有率以hruh 表示；第h 次谐波电流含有率以hrih 表示。
5、总谐波畸变率total harmonic distortion （thd）
周期性交流量中的谐波含量的方均根值与其基波分量的方均根值之比（用百分数表示）。电压总谐波畸变率以thdu 表示；电流总谐波畸变率以thdi 表示。
6、短时间谐波 short duration harmonics
冲击持续的时间不超过2s，且两次冲击之间的间隔时间不小于30s的电流所含有的谐波及其引起的谐波电压。
单相整流电路应用在负载功率需求较小的场合，一般不超过1KW。而在机电产品中，有很多设备需要较大功率的直流供电电压，这就要采用三相整流电路。比如工业变频器、电弧焊机、车床、起重机等。其输出功率在几千瓦~几百千瓦，由于功率较大，一般采用三相6脉整流电路来提供大功率直流电压输出。
一、谐波的产生原因
在理想的干净供电系统中，电流和电压都是正弦波的。在只含线性元件（如：电阻)的简单电路里流过的电流与施加的电压成正比，流过的电流是正弦波。用傅立叶分析原理，能够把非正弦曲线信号分解成基本部分和它的倍数。
在电力系统中：谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，气所加的电压不呈线性 关系，就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。由于半导体晶闸管的开关操作和二极管、半导体晶闸管的非线性特性，电力系统的某些设备如功率转换器会呈现比较大的背离正弦曲线波形。
谐波电流的产生是与功率转换器的脉冲数相关的。6脉冲设备仅有5、7、11、13、 17、19…。n倍于电网频率。功率变换器的脉冲数越高，最低次的谐波分量的频率的次数就越高。其他功率消耗装置，例如荧光灯的电子控制调节器产生大强度的 3 次谐波( 150 赫兹）。次数越高，谐波分量的振幅越低。
一是发电源质量不高产生谐波：
发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。
二是输配电系统产生谐波：
输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流0.5%。
三是用电设备产生的谐波：
晶闸管整流设备。由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。我们知道，晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分中含有大量的谐波。如果整流装置为单相整流电路，在接感性负载时则含有奇次谐波电流，其中3次谐波的含量可达基波的30%；接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。如果整流装置为三相全控桥6脉整流器，变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流；如果是12脉冲整流器，也还有11次及以上奇次谐波电流。经统计表明：由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，这是最大的谐波源。
变频装置。变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成份很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波也越来越多。
电弧炉、电石炉。由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。其中主要是27次的谐波，平均可达基波的8%-20%，最大可达45%。
气体放电类电光源。荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。分析与测量这类电光源的伏安特性，可知其非线性十分严重，有的还含有负的伏安特性，它们会给电网造成奇次谐波电流。
家用电器。电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流装置，会产生较深的奇次谐波。在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中，因不平衡电流的变化也能使波形改变。这些家用电器虽然功率较小，但数量巨大，也是谐波的主要来源之一。
二、谐波波形分析
1、单相可控整流电路分析
单相可控整流电路输入电压和输出电压波形：
单相可控整流输入电流波形（发生畸变）：
输入电流波形FFT分析即快速傅立叶变换（fast Fourier transform），主要为150HZ(3次谐波)，3N次谐波：
谐波电流在流过变压器时，会造成变压器的损耗增加，从而导致变压器的温度过高。其中，三次谐波电流造成变压器过热的情况很严重。三次谐波还会引起跳闸、零线过热等诸多问题。
2、 6脉整流设备谐波分析
单相整流电路应用在负载功率需求较小的场合，一般不超过1kW。而在机电产品中，有很多设备需要较大功率的直流供电电压，这就要采用三相整流电路。比如工业变频器、电弧焊机、车床、起重机等。其输出功率在几千瓦~几百千瓦，由于功率较大，一般采用三相6脉整流电路来提供大功率直流电压输出。
6脉可控整流电路原理图：
6脉可控整流电路输入电压和输出电压波形：
6脉可控整流输入电流波形（发生畸变）：
输入电流波形FFT分析，主要为250HZ(5次谐波)、350HZ(7次谐波)、6N±1等其它高次谐波：
3、12脉整流设备谐波分析
12 脉波整流器由一个整流变压器和两个三相桥式电路构成,整流变压器为三绕组变压器,两个三相桥式电路对称,并分别与整流变压器的两个低压绕组连接。12 脉波整流器通过两个 6 脉波三相桥式电路的组合,可以实现 12 脉动的效果。
12脉可控整流电路输入电压和输出电压波形：
12脉可控整流输入电流波形（发生畸变）：
输入电流波形FFT分析，主要为550HZ(11次谐波)、650HZ(13次谐波)、12N±1等其它高次谐波：
12脉波整流电路应用于风力发电、自耦变压器、航空飞机电源整流等领域、轨道牵引设备。APF（有源电力滤波器）和SVG（无功补偿装置）对 12 脉波整流器的电能质量治理，主要是对 12 脉波整流器进行无功补偿和谐波治理。其无功补偿比较容易实现,而谐波治理比较复杂。有源电力滤波器（APF：Active power filter）是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿，之所以称为有源，是相对于无源LC滤波器，只能被动吸收固定频率与大小的谐波而言，APF可以通过采样负载电流并进行各次谐波和无功的分离，控制并主动输出电流的大小、频率和相位，并且快速响应，抵消负载中相应电流，实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功和不平衡。APF克服了无源滤波器容易引起振荡、补偿特性单一、易发生过载等不足，对谐波电流的补偿效果不受系统阻抗影响，能够治理大小、频率都变化的谐波。SVG(有源无功补偿装置)可以对变化的无功进行补偿，提高系统整体的功率因数，因此APF和SVG在需动态治理谐波和无功的场合得到广泛应用。
三、谐波的危害及治理措施
1．对供配电线路的危害
（1）影响线路的稳定运行
供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器予以检测保护，使得在故障情况下保证线路与设备的安全。但由于电磁式继电器与感应式继电器对10％以下含量高达40％时又导致继电保护误动作，因而不能有效地起到保护作用。晶体管继电器虽然具有许多优点，但由于采用了整流取样电路，容易受谐波影响，产生误动或拒动。这样，谐波将严重威胁供配电系统的稳定与安全运行。
（2）影响电网的质量
电力系统中的谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变。如民用配电系统中的中性线，由于荧光灯、调光灯、计算机等负载，会产生大量的奇次谐波，其中3次谐波的含量较多，可达40％；三相配电线路中，相线上的3的整数倍谐波在中性线上会叠加，使中性线的电流值可能超过相线上的电流。另外，相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率与无功功率，从而降低电网电压，浪费电网的容量。
2．谐波对电力设备的危害
当电网存在谐波时，投入电容器后其端电压增大，通过电容器的电流增加得更大，使电容器损耗功率增加。对于膜纸复合介质电容器，虽然允许有谐波时的损耗功率为无谐波时损耗功率的1.38倍；对于全膜电容器允许有谐波时的损耗功率为无谐波时的1.43倍，但如果谐波含量较高，超出电容器允许条件，就会使电容器过电流和过负荷，损耗功率超过上述值，使电容器异常发热，在电场和温度的作用下绝缘介质会加速老化。尤其是电容器投入在电压已经畸变的电网中时，还可能使电网的谐波加剧，即产生谐波扩大现象。另外，谐波的存在往往使电压呈现尖顶波形，尖顶电压波易在介质中诱发局部放电，且由于电压变化率大，局部放电强度大，对绝缘介质更能起到加速老化的作用，从而缩短电容器的使用寿命。一般来说，电压每升高10％，电容器的寿命就要缩短1／2左右。再者，在谐波严重的情况下，还会使电容器鼓肚、击穿或爆炸。
3. 谐波对电力变压器的危害
谐波使变压器的铜耗增大，其中包括电阻损耗、导体中的涡流损耗与导体外部因漏磁通引起的杂散损耗都要增加。谐波还使变压器的铁耗增大，这主要表现在铁心中的磁滞损耗增加，谐波使电压的波形变得越差，则磁滞损耗越大。同时由于以上两方面的损耗增加，因此要减少变压器的实际使用容量，或者说在选择变压器额定容量时需要考虑留出电网中的谐波含量。除此之外，谐波还导致变压器噪声增大，变压器的振动噪声主要是由于铁心的磁致伸缩引起的，随着谐波次数的增加，振动频率在1KHZ左右的成分使混杂噪声增加，有时还发出金属声。
整流装置产生的谐波占所有谐波的近 25-33%,对电网的危害较大,谐波造成配电线缆、变压器发热,降低通话质量,空气开关误动作,发电机喘振等不良后果;谐波按电流相序分为+序(3k+1 次,k 为0和正整数)、-序(3k+2次,k 为0 和正整数).0序(3k 次,k 为正整数),+序电流使损耗加重,-序电流使电机反转、发热,0 序电流使中线电流异常增加。大量的谐波电流注入电网，造成电压波形畸变，供电质量下降，严重危害供发电设备和用电设备。
4. 谐波对电力电缆的危害
由于谐波次数高频率上升，再加之电缆导体截面积越大趋肤效应越明显，从而导致导体的交流电阻增大，使得电缆的允许通过电流减小。另外，电缆的电阻、系统母线侧及线路感抗与系统串联，提高功率因数用的电容器及线路的容抗与系统并联，在一定数值的电感与电容下可能发生谐振。
5. 谐波对电动机的危害
谐波对异步电动机的影响，主要是增加电动机的附加损耗，降低效率，严重时使电动机过热。尤其是负序谐波在电动机中产生负序旋转磁场，形成与电动机旋转方向相反的转矩，起制动作用，从而减少电动机的出力。另外电动机中的谐波电流，当频率接近某零件的固有频率时还会使电动机产生机械振动，发出很大的噪声。
6. 谐波对低压开关设备的危害
对于配电用断路器来说，全电磁型的断路器易受谐波电流的影响使铁耗增大而发热，同时由于对电磁铁的影响与涡流影响使脱扣困难，且谐波次数越高影响越大；热磁型的断路器，由于导体的集肤次应与铁耗增加而引起发热，使得额定电流降低与脱扣电流降低；电子型的断路器，谐波也要使其额定电流降低，尤其是检测峰值的电子断路器，额定电流降低得更多。由此可知，上述三种配电断路器都可能因谐波产生误动作。
对于漏电断路器来说，由于谐波汇漏电流的作用，可能使断路器异常发热，出现误动作或不动作。对于电磁继电器来说，谐波电流使磁体部件温升增大，影响接点，线圈温度升高使额定电流降低。对于热继电器来说，因受谐波电流的影响也要使额定电流降低。在工作中它们都有可能造成误动作。
7. 谐波对弱电系统设备的干扰
对于计算机网络、通信、有线电视、报警与楼宇自动化等弱电设备，电力系统中的谐波通过电磁感应、静电感应与传导方式耦合到这些系统中，产生干扰。其中电感应与静电感应的耦合强度与干扰频率成正比，传导则通过公共接地耦合，有大量不平衡电流流入接地极，从而干扰弱电系统。
8. 谐波影响电力测量的准确性
目前采用的电力测量仪表中有磁电型和感应型，它们受谐波的影响较大。特别是电能表（多采用感应型），当谐波较大时将产生计量混乱，测量不准确。
9. 谐波谐波对人体有影响
从人体生理学来说，人体细胞在受到刺激兴奋时，会在细胞膜静息电位基础上发生快速电波动或可逆翻转，其频率如果与谐波频率相接近，电网谐波的电磁辐射就会直接影响人的脑磁场与心磁场。
主动谐波治理，即从谐波源本身出发，使谐波源不产生谐波或降低谐波源产生的谐波，它是谐波治理措施的主要方法之一。下面具体讲述一下主动治理谐波的六种措施：
1）采用多重化技术。将多个变流器联合起来使用，用多重化技术将多个方波叠加。以消除频率较低的谐波，得到接近正弦波的阶梯波，但装置复杂，成本较高。
2）采用脉宽调制PWM技术，使变流器产生的谐波频率较高、幅值较小，波形接近正弦波。这种方法只适用于自关断器件构成的变流器。
3）谐波叠加注入。利用三次倍数的谐波和外部的三次倍数的谐波源，把谐波电流加到产生的矩形波形上，可用于降低给定的运行点处的某些谐波。缺点是必须保证三次倍数的谐波源与系统的同步，且谐波发生器的功率消耗常常高达整流器在流功率的10％。
4）设计或采用高功率因数变流器。比如采用矩阵式变频器、四象限变流器等，可以便变流器产生的谐波非常少，且功率因数可控制为1。
5）增加交流装置的相数或脉冲数。改造变流装置或利用相们有一定移相角的换流变压器，可有效减小谐波含量，其中包括多脉波整流和准多脉波整流技术，但是装置更加复杂。
移相变压器是整流变压器的一种。整流装置的单相导电作用，引起整流变压器交变磁场波形的畸变；畸变的大小决定于直流容量占电网容量的比例和流入电网中的谐波电流的频率，及谐波次数。抑制谐波的有效办法之一是通过对整流变压器高压侧进行移相，这种办法可以基本上消除幅值较大的低次谐波。
移相变压器多用于大功率变频器及大功率直流电源的输入侧。采用移相变压器的目的是增加整流器的脉数，三相整流称为6脉整流，三相变压器经过移相产生另外一组三相，整流输入为6相，称为12脉整流。三相变压器经过移相产生另外三组三相，整流输入为12相，称为24脉整流。整流器脉数越多，输入电流谐波越小，对电网的谐波污染越小。
24 脉波整流机组整流以大幅度减少系统中的低次谐波含量。其主要由 2 台相同容量的 12 脉波轴向双分裂式牵引移相整流变压器和 4 组由三相全波整流桥构成的整流器两部分共同组成。具有谐波分量低、电压脉波小、滤波设备所需资金投入少等优点。整流机组中的 2 台整流变压器阀侧均有 2 套低压绕组,分别采用 Y 型和△型接线，使得 2 套绕组的线电压形成 30°的相位角。网侧绕组采用 2 种不同的延边三角形接线方式进行移相，左延△接法实现移相+7.5°，右延△接法实现移相-7.5°。通过移相处理，得到 4 套阀侧绕组的线电压互差 15°的相位角。它们各自经过由三相全波整流桥构成的整流器整流，在 4 组整流器的直流侧并联运行,组成 2×12 脉波整流系统。
6）已改变谐波源的配置或工作方式。具有谐波互补性的装置应集中，否则应适当分散或交替使用，适当限制会大量产生谐波的工作方式。