谐波的干扰,在电力系统中会影响电网供电质量,造成电能浪费,还会使电气设备以及导线过载运行,从而发热,损耗增大,缩短使用寿命,甚至发生故障或烧毁,造成重大经济损失。在信号传输中,也会干扰通信系统,降低信号传输质量。
谐波含量是从交流量中减去基波分量后所得到的量,是评价电能质量的重要指标之一。那么如何利用示波器找出信号中的谐波呢?
我们来回顾一下示波器的FFT(快速傅里叶变换)功能。傅立叶变换认为,任何复杂的信号都是由多个正弦波叠加而来的。
比如这个红色信号,我们就可以看作是多个蓝色正弦波在垂直向量上的叠加。其中频率最小,电压最大的那个蓝色正弦波称之为基波,频率为基波2倍的蓝色正弦波称之为2次谐波。同理,频率为基波3倍的蓝色正弦波称之为3次谐波,以此类推。
这里,每个被分出来的蓝色信号都有不同的频率,每个信号有不同的电压值。如果我们把这些信号的频率作为X轴,电压值作为Y轴,就会是下面这样:
如下图红色直方图就是对示波器的校准方波进行FFT(快速傅里叶变换)以后的样子。从红色直方图中可以看出,频率为0Hz的信号成分电压为0,代表该信号不含有直流成分。而第一根红线就是该信号的基波,其频率为1KHZ,幅值为896.6mV。通过X轴光标X1和X2的差值,我们发现第五条直线的频率为9KHz,是基波的9倍,那就是九次谐波。通过Y轴光标Y1和Y2的差值,我们可以得知该次谐波的幅值为104mv。
那么如何计算该次谐波的含量呢?给出公式:
某次谐波的含量 = 某次谐波的大小 ÷ 整个波形的均方根值 x 100%
用这个方法,我们来计算一下一个1MHz方波的7次谐波电压含量。
如图所示,黄色是频率为1MHz,有效值为2.369V的方波,红色是FFT(线)后的直方图。该基波的频率为1MHz,光标框选出来的谐波频率为7MHz,即第七次谐波,其电压值为188mV。
所以该信号第七次谐波含量为(0.188 ÷ 2.369)X 100% ≈ 7.936%
Agitekservice供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解,除了得到与电网基波频率相同的分量,还得到一系列大于电网基波频率的分量,这部分电量称为谐波。谐波频率与基波频率的比值(n=fn/f1)称为谐波次数。电网中有时也存在非整数倍谐波,称为非谐波(Non-harmonics)或分数谐波。谐波实际上是一种干扰量,使电网受到“污染”。
使用下面的方法计算信号的THD:
谐波的定义及测试方法
其中A1是幅频特性中基波的幅值,而A2、A3、A4、A5、……分别是2、3、4、5、……次谐波的幅值。选取不同数量的谐波分量,可以计算出对应的THD值。
采用WAVESTAR软件进行分析可以得到完整谐波分析数据,下图为分析得出的柱型图,从图中可以针对各次谐波异常的状况采取相应的对策进行改善。
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