什么是基波與諧波

在電力系統中，時常出現的基波與諧波到底是什么意思，它們在電網中又扮演著怎樣的角色？

簡單說，基波是信號的 “基礎頻率” 成分，諧波是頻率為基波整數倍的 “額外” 頻率成分。兩者共同構成了實際應用中常見的非正弦波信號。

1. 基波
基波是一個周期信號中頻率最低、能量最強的正弦波成分，也是信號的 “主頻率”。
日常用電中，我國電網的基波頻率是 50Hz，它決定了我們使用的交流電的基本周期和頻率。
所有周期性非正弦信號，都可以通過數學方法（傅里葉變換）分解出一個基波和多個諧波。
 
絕大多數民用和工業電器，其電路和核心部件都是圍繞基波頻率設計的。
以常見的電機為例，無論是冰箱、空調還是洗衣機內的電機，其繞組、磁路都是按照電網基波（我國 50Hz）的頻率來設計，以實現最佳的電磁轉換效率和轉速穩定性。
對于電阻類負載（如電水壺、白熾燈），雖然理論上對頻率不敏感，但諧波的存在會導致電壓、電流波形畸變，間接增加設備的額外損耗。
 
2. 諧波
諧波是頻率為基波頻率整數倍的正弦波成分，其能量通常遠小于基波。
分類：按頻率倍數劃分，比如頻率為基波 2 倍的叫 “2 次諧波”，3 倍的叫 “3 次諧波”，以此類推。
來源：主要由電路中的非線性元件產生，比如日常使用的電腦、空調、充電器等，都會向電網注入諧波。
 
諧波的存在會干擾電器的正常工作，甚至造成損壞，這也是電器在基波下工作更好的重要原因。
增加設備損耗：諧波電流會使電機、變壓器等設備產生額外的鐵損和銅損，導致設備發熱加劇，不僅降低效率，還會縮短使用壽命。
影響控制精度：對于需要精準控制的設備（如數控機床、變頻器），諧波會干擾其內部的電子控制信號，導致控制誤差增大，影響工作精度。
引發故障風險：嚴重的諧波還可能導致電器內部的電容、二極管等元件過載，甚至引發跳閘、燒毀等故障。