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谐波的基本概念第一部分

 

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

2.1.1 正弦电压公式-图1  (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:

2.1.1 谐波的基本概念-图2(2.2)


2.1.1 谐波的基本概念-图2
 
式中
 2.1.1 谐波的基本概念-图3

2.1.1 谐波的基本概念-图4(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
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。
2.1.1 谐波的基本概念-图6(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。
2.1.1 谐波的基本概念-图7(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
2.1.1 谐波的基本概念-图8(2-6)

2.1.1 谐波的基本概念-图8
 
2.1.1 谐波的基本概念-图9(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  
2.1.1 谐波的基本概念-图10(2-8)

2.1.1 谐波的基本概念-图10
 
2.1.1 谐波的基本概念-图11(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。
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