间谐波简单分析

间谐波介绍

随着电力电子元件等非线性设备在电力系统中的广泛应用，由此而产生的谐波对电网的污染也越来越严重。谐波问题已引起广泛关注。通常的谐波一般指频率为工频（基波频率）整数倍的成分，而对非整数倍基波频率的成分则称之为间谐波。

1.DFT(FFT)分析间谐波应注意的问题

1)在进行DFT(FFT)分析时，由于间谐波和谐波之间的频域宽度小于一个基波频率，故分析窗的宽度至少需要一个信号周期以上，即分析窗的宽度需要增加。如果某一信号确实含有间谐波，分析时只要采样窗宽度选择恰当，就可以得到真正的间谐波。例：有一信号：x(t)=sin(2π60t)+0.5sin(2π90t),这里60 Hz 是基波频率，90 Hz分量是介于基频和二次谐波之间的间谐波。在用DFT(FFT)分析该间谐波问题时，为了得到90 Hz的频谱，需要取采样窗的宽度为两个信号周期（33.3 ms），即频率分辨率为30 Hz，这样分析就可以得到该信号中含有的90 Hz间谐波分量。

2)有些信号并不含有真正的间谐波，只是在进行DFT(FFT)分析时，由于频谱泄漏和栅栏效应而产生了一些额外的间谐波。再如（1）中分析时采用的信号x(t)，如果把90Hz的间谐波频率改为100 Hz，采样窗口还是用两个信号周期（33.3 ms），即每隔30Hz就得到一个频率值，而100 Hz并不是30的整数倍，由于DFT（FFT）分析时是按30 Hz的整数倍进行采样的，所以就不能完整重复的采集到100 Hz分量，此即频谱泄漏现象，由此而产生了一些新的间谐波分量，实际上这些间谐波在原信号中并不存在。

由于频谱泄漏而使波形没有了重复性。栅栏效应使得信号本身具有的一些间谐波被其它间谐波给淹没了。又如上述的信号x(t)，设其含有100 Hz的间谐波，同样用两个信号周期的采样窗来分析。那么栅栏效应就会使100 Hz的间谐波被淹没掉，而出现90 Hz的间谐波分量，实际上该90 Hz 的间谐波在原信号中是不存在的。

3)当用DFT（FFT）分析波动负荷时，并不能肯定得到的所有间谐波都是信号本身含有的。比如对于变压器涌流，其可以看成是一个快速变化的冲击信号。

当用12个信号周期的采样窗时，在360 Hz和420 Hz处出现了峰值，但是

用60个信号周期的采样窗时，在这两个频率处都出现了凹陷，不过其邻近的频率却具有较大的幅值，这些频率都是一些非整数倍基波频率的间谐波。这一不同结论主要是由采样窗的宽度不同引起的，实质上是由变压器涌流快速波动的特性造成的。

2.间谐波的来源

2.1变频装置

变频器的广泛应用正在取代传统的直流调速装置。交流调速分为两大类，即交-直-交变频器和交-交变频器。这两种变频器在使用中其供电电流中均有谐波成分，产生的谐波频率有以下表达式：0

fh-

p

+

+

m

=

-

(

p

/

2

/

)1

1

1nf

p

fh-

+

nf

=

/

1

2

2f

h1——与触发脉冲数有关的频率；

fh2——与触发脉冲数无关的频率；

p1——触发脉冲数；

f1——电源输入的基波频率；

p2——和变频器负载相数有关的系数；

f0——变频器的输出频率。从（1）式和（2）式可以看出，供电电流的谐波频率并不全是基波频率和输出频率的整数倍，即含有间谐波分量。图5表示某台6脉动交-交变频器在输入工频为60 Hz，输出频率为5 Hz时输入电流的频谱。

3.间谐波的危害

3.1波形畸变

间谐波既会使波形过零点偏移，又会使正负半波幅值发生变化。

3.2闪变（闪烁）

只要间谐波频率接近谐波或是基波频率，闪变就会发生，谐波是工频的整数倍，所以谐波总是与基波频率保持同步变化的，但间谐波与谐波和基波就不是同步变化的，如果某一信号含有间谐波为f1，那么该信号波形的包络线就会以fm 的频率波动，其中：

fk：与间谐波f1的频率接近的谐波或基波频率,由于人眼对于在8 Hz频率附近的灯光闪烁较为敏感，如果间谐波与谐波或基波之间的差值在8 Hz以内，

那么人的视觉就会受到严重的干扰。如：有一信号sin(2π60t)+αsin(2π174t)，其中α=0.3。波形包络线明显有6 Hz的波动，即每隔0.167 s波动一次。如果电灯对这一峰值变化敏感的话，就会引起灯光闪烁，造成人的视觉混乱。

3.3对测量仪表的影响

间谐波因改变电压过零点而易使采样数据或过零工作的数字继电器产生误差，甚至误操作造成事故，而且还会影响传统谐波测量的结果和准确度，以及使计量仪器发生计量误差。间谐波电压还会引起电视机图象滚动以及无线电收音机或其它音频设备的噪声。

3.4对电动机的影响

间谐波对电动机的噪声和振动影响很大，气隙磁通和转子电流因间谐波而相互作用产生的力可分解成多频分量。若力的分量频率和电动机定子的固有频率接近且在“圆周振型”阶数上耦合较深，就会产生很强的噪声和振动。

3.5对功率因数的影响

由于间谐波引起波形畸变，从而降低负荷的功率因数，增加各种能量的损耗。

4.感想

在之前的学习中并未细致接触过间谐波,对于间谐波的害处更是一无所知,通过这次的学习之后,在将来工作时会注意规避间谐波,,或者在误差分析等等也会考虑得更为全面一些。随着电力电子元件的广泛运用,其对电网带来的污染与损害越发隐忍关注,间谐波作为一个起点,也会加强我们对于电力电子元件的学习,在利用电力电子元件为现代化电网建设带来的好处的同时,尽量降低其带来的损害。