8.1 谐波的概念（课件）- 高一《电工技术基础与技能》同步教学（机工版·第3版）

电工技术基础与技能 01011 01010101016 9101010100 电工技术基础与技能 第八章 第八章 非正弦周期电量及过渡过程 8-1 谐波的概念 电工技术基础与技能 第八章 话题引入 在工程中，除了按正弦规律变化的周期电量之外，还有很多不按正弦规律变 化的周期电量。如我们熟悉的语言、音乐等的电信号就是非正弦电量。图8-1给 出了几种常见的非正弦电量波形：图a是矩形波，在数字电路中作为数字信号， 图b是据齿波，在电视机、示波器的扫描电路中应用，图c是尖脉冲，可作为品 闸管的触发信号；图d是全波整流电路的输出电压被形。 d 图81常见非正弦电星波形 电工技术基础与技能 第八章 严格地说，真正按正弦规律变化的电量是比较少的，而大部 分电量是非正弦电量。这些非正弦电量有的是工作需要 (如以上提到的几种波形)，有的是工作中产生了干扰，使 正弦波形发生了歧变。如三相工频交流电，因电路中接入了 大功率整流设备，使波形发生歧变，由正弦波变为了非正弦 波。非正弦周期电量有什么特点呢？和正弦周期电量有什么 关系呢？他的大小、有效值及功率怎样计算？这些都是我们 应该知道的。 >■ 电工技术基础与技能 第八章 8.1.1谐波的产生 实验导入 将两台低频正弦波信号发生器的输出端串联后接到示波器的输入 端，连按电路如图8-2a.所示。将其中一台的输出电压调整为1，频率调整为 50Hz;另一台的输出电压调整为0.3W,频率调整为150Hz,此时示波器上的显 示波形如图8-2b所示。由图中可见，此波形是一非正弦电压波形，它是由50Hz 和150Hz两个正弦交流电压叠加而成。50Hz和150Hz这两个正弦交流电压称为 这个非正弦电压的谐波。由此可以设想：由两个（或多个）正弦电量可以叠加出 一个非正弦周期电量，哪么一个非正弦周期电量，是否可以分解为多个正弦电 量相叠加呢？由理论和实验均可以证明：任何一个非正弦周期电量，都可以分解 为多个正弦周期电量相叠加的形式，即任何一个非正弦周期电量都可以看作是由 多个正弦周期电量相叠加的结果。从而建立起非正弦周期电量和正弦周期电量之 间的联系。 电工技术基础与技能 第八章 信号发生器1 输出1V.50z 信号发生器2 输出03V.150H 示波器 a b) 图8-2谐波实验电路 a)连接图b)叠加波形 由以上分析可知，除去标准的正弦波之外，其它任何波形都含有谐波。这些 含有谐波的非正弦被，一类是根据工程的需要由电路产生的；另一类是电路在工 作中产生的干扰波形。在现代的各个用电领域，真正的正弦波是很少的，更多的 是含有谐波的非正弦波，因此，我们了解谐波的概念是非常有意义的。 电工技术基础与技能 第八章 8.1.2谐波的分解 1.单方向脉动周期电量的分解 图8-3a是一个单向半波整流电压波形，它在一个周期内只有半 个正弦波形，是一个单方向脉动周期电量。它可以分解为直流 分量（图8-3b)和一系列正弦交流分量（图8-3c、d、e)相 叠加。其中直流分量是半波整流电压波形的平均值（凡是单方 向流动的周期电量，都含有直流分量)。图8-3c称为基波，它 的频率和单方向脉动周期电量的频率相同，幅度也最大；其余 称为高次谐波，高次谐波的规律是：电压的频率越来越高，幅 度越来越小。 电工技术基础与技能 第八章 如图8-3e是4次谐波，频率是基波的4倍，它的幅度已下降 到。而6次谐波的幅度仅为，在图中已经表示不出来了。由 此可见，虽然一个非正弦波可以分解为无穷多项正弦量相 叠加，但起主要作用的是分解后的前几项。 ■ 电工技术基础与技能 第八章 (a) b》 (c) (d) 2 15x e) 图8-5甲问脉列向期电里刑分解 >■ 电工技术基础与技能 第八章 2.交流周期电量的分解 图8-4是交流周期矩形波分解和叠加的情况，由图中可见，交流 周期电量分解后没有直流分量（也可以认为直流分量为0）。图 8-4a是取了叠加量的前3项，即只取到5次谐波，合成曲线如图 中虚线所示。由图中可见，基波的幅度最大，频率最低：3次谐 波的幅度是基波的1/3，频率是基波的3倍：5次谐波的幅度是 基波的1/5，频率是基波的5倍。其合成波形的形状和矩形波还 有一定的差距。图8-4b是取了叠加量的前6项，取到11次谐 波，合成波形已经非常接近矩形波了。