一、间谐波概念
交流非正弦信号可以分解为不同频率的正弦分量的线性组合。当正弦波分量的频率与原交流信号的频率相同时,称为基波(fundamentalwave);当正弦波分量的频率是原交流信号的频率的整数倍时,称为谐波(harmonics);当正弦波分量的频率是原交流信号的频率的非整数倍时,称为分数谐波,也称分数次谐波或间谐波(inter-harmonics)。
二、间谐波产生
1、人为产生
电力线载波(PowerLineCarrier-)
电力线载波通信是利用电力线作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式,电能质量分析时,电力线载波一般被归纳为间谐波。
SPWM
输出的SPWM波形的谐波集中在载波频率整数倍频率附近,假设载波频率为fc,基波频率为fs,那么,谐波可以表示为mfc±nfs。fc/fs称为载波比,当载波比不是整数时,mfc±nfs不能被fs整除,输出包含间谐波。
异步电机定子叠频法热试验
异步电机定子叠频法热试验时,输出电压为主电源与副电源的叠加。例如:主电源是频率为50Hz的正弦波,副电源是频率为40Hz的正弦波,副电源幅值为主电源幅值的25%。此时,副电源属于间谐波。
2、非人为产生
在电网中,波动负载、电弧类负载(电弧炉、电弧焊机、具有磁力镇流器放电类型的照明等)、静止变频装置(交—直—交和交—交变频器等)、感应电动机、整周波控制的装置等均可能产生间谐波。间谐波在电网中广泛存在。随着分布式电源的接入,智能电网的发展,间谐波的含量有增大趋势。
三、危害
间谐波的影响尚在探讨中,其最主要的影响有:引起电压波动和闪变、无源的过载(间谐波的谐振放大所致)、干扰电力线上控制、保护和通讯信号,引起机电系统低频振荡、影响以电压过零点为同步信号的控制设备以及某些家用电器正常工作等等。因此电网的间谐波电压必须控制在一定水平以下。
四、分析
通常的谐波仪器使用傅立叶变换的方法进行谐波分析,而傅立叶变换的前提是假定所有的周期波形都是相同的,从这个角度讲,傅立叶变换只适用于整数次谐波的分析。对于包含间谐波的信号,每个相邻周期(基波周期)的信号可能不同,也就是说,信号是变化的,当变化满足一定的规律时,比如说,每N个基波周期变化重复一次。我们可以将N个基波周期视为一个周期,这样,信号就是周期信号了。对该周期信号取N个基波周期进行傅里叶变换,可以得到下述表达式:
ω1为基波角频率,ω1=2πf1,f1为基波频率,T1=1/f1为基波周期。Tw为傅里叶时间窗的宽度(持续时间),Tw=NT1。c0为直流分量。cm为频率fm=mf1/N的正弦分量的幅值。当m/N为整数时,该正弦分量为称为谐波,当当m/N为非整数时,该正弦分量称为分数次谐波,也就是间谐波。
五、测量
国标GB/T24337-2009《电能质量公用电网间谐波》规定了公用电网谐波的限值及测量方法。WP4000变频功率分析仪可以对傅里叶时间窗的基波周期数进行选择,当对应的N较大时,可以准确测量间谐波。N越大,可分析的间谐波的频率越低。
图。 可测量间谐波的WP4000变频功率分析仪