谐波的定义及其测试方法分析-EDA365

【导读】在振动学里认为一个振动产生的波是一个具有一定频率的振幅最大的正弦波叫基波。这些高于基波频率的小波就叫作谐波。

在振动学里认为一个振动产生的波是一个具有一定频率的振幅最大的正弦波叫基波。这些高于基波频率的小波就叫作谐波。

谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，通常称为高次谐波，而基波是指其频率与工频（50Hz）相同的分量。高次谐波的干扰是当前电力系统中影响电能质量的一大“公害”，亟待采取对策。

谐波定义：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（harmonic wave），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：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。

泛音是声学上的谐波，但次数的定义稍许有些不同，基波频率 2 倍的音频称之为一次泛音，基波频率 3 倍的音频称之为二次泛音，以此类推。

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。

谐波的定义及测试方法

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”。

目前公司常用测试输入电流谐波的仪器有 TEK 系列示波器（可采用 WAVESTAR 软件进行谐波分析），测试输出电压谐波的仪器有 GW GAD-201G（失真仪）和 TEK 系列示波器（可采用 WAVESTAR 软件进行谐波分析）。

使用下面的方法计算信号的 THD：

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：

波峰因数定义及测试方法

波峰因数定义为交流信号峰值与有效值之比（峰均比），典型的波峰因数是：正弦波：1.414；方波：1；25％的占空比的脉冲：2 。

波峰因数（CREST FACTOR）的概念在 UPS 行业是用来衡量 UPS 带非线性负载的能力，对线性负载（R LOAD）而言，正弦波电流峰值 Ipeak 与均方根值 Irms 之比为 1.414:1；在非线性负载（RCD LOAD）时，波峰因数则被认定为：在相同的有功功率条件下，非线性负载的电流峰值与非线性负载电流均方根值之比。实际测试波形参考如下：

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谐波的定义及其测试方法分析

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