谐波的基本概念第一部分
在供用电系统中,通常总是希望交流电压和交流电流呈正弦波形。正弦电压可表示为
(2-1)
2.1.1 正弦电压公式-图1
式中 U——电压有效值;
α——初相角;
ω——角频率,ω=2πf=2π/T;
f——频率;
T——周期。
正弦电压施加在线性无源元件电阻、电感和电容上,其电流和电压分别为比例、积分和微分关系,仍未同频率的正弦波。但当正弦电压施加在非线性电路上时,电流就变为非正弦波,非正弦电流在电网阻抗上产生压降,会使电压波形也变为非正弦波。当然,非正弦电压施加在线性电路上时,电流也是非正弦波。对于周期为T=2π/ω的非正弦电压u(ωt),一般满足狄里赫利条件,可分解为如下形式的傅里叶级数:
(2.2)
2.1.1 谐波的基本概念-图2
式中

或
(2-3)
2.1.1 谐波的基本概念-图4
式中的关系为

2.1.1 谐波的基本概念-图5
在式(2-2)或式(2-3)的傅里叶级数中,频率为1/T的分量成为基波,频率为大于1整数倍基波频率的分量成为谐波,谐波次数为谐波频率和基波频率的整数比。以上公式及定义均以非正弦电压为例,对于非正弦电流的情况也完全适用,把式中 转成 即可。
n次谐波电压含有率以HRUn(Harmonic Ratio Un)表示。
(2-4)
2.1.1 谐波的基本概念-图6
式中 Un——第n次谐波电压有效值(方均根值);
U1——基波电压有效值。
n次谐波电流含有率以HRIn表示。
(2-5)
2.1.1 谐波的基本概念-图7
式中 In——第n次谐波电流有效值;
I1——基波电流有效值。
谐波电压含量UH和谐波电流含量IH分别定义为
(2-6)
2.1.1 谐波的基本概念-图8
(2-7)
2.1.1 谐波的基本概念-图9
电压谐波总畸变率THDn(total harmonic distortion)和电流谐波总畸变率THDi分别定义为
(2-8)
2.1.1 谐波的基本概念-图10
(2-9)
2.1.1 谐波的基本概念-图11
以上介绍了谐波及与谐波有关的基本概念。可以看出,谐波是一个周期电气量中频率为大于1整数倍基波频率的正弦波分量。由于谐波频率高于基波频率,有人把谐波也成为高次谐波。实际上,“谐波”这一术语已经包含了频率高于基波频率的意思,因此再加上“高次”两字是多余的。在本书中,称谐波中频率较高者为高次谐波,频率较低者为低次谐波。