非线性器件和谐波:检测对电力系统的影响
谐波存在于各个领域，根据感兴趣的领域，其定义也会有所不同。例如，我们将(音乐场)谐波定义为在一定间隔内伴随主音的泛音，由一根弦或一根空气柱以其长度的精确分数振动产生。
然而，在物理学领域内，我们将谐波定义为振荡或波的分量频率。如果我们更彻底地检查这个定义，我们会发现它有点复杂。因此，在接下来的几段中，我们将讨论谐波以及非线性器件如何产生谐波。
什么是谐波以及谐波对设备的影响
根据定义，a谐波是一种信号或波频率是参考波或信号频率的整数倍的。我们可以进一步定义谐波，即信号或波的频率与参考信号或波的频率之比。
几乎所有的信号都是由谐波频率的能量和基频能量组成的。在无线通信领域，他们设计发射机以谐波频率发射象征性的能量。通常，无线设备的设计是针对单一频率;例如，智能手机的无线电台只能连接到2.4 GHz频段。
二极管、晶体管和其他元件通常是非线性的，会导致必要的谐波计算。
谐波频率的信号输出会对其他广播或通信造成干扰。例如，92.3 MHz (FM波段)的广播信号在184.6 MHz处有二次谐波，在276.9 MHz处有第三次谐波。此外，如果强度足够大，所有或至少部分谐波信号都可能干扰其他无线服务。
非线性器件与谐波
在电力系统中，谐波是一种电流或电压，它是系统基频的倍数。非线性器件或负载，如饱和磁器件、放电照明和整流器通过它们的作用产生这些谐波。
电网内的谐波频率通常会影响系统功能，这就会转化为产生的电力的整体质量问题。电力系统中的谐波会转化为电机的转矩脉动、变速驱动器的熄火以及导体和设备的发热。
电力系统中的电流谐波
在典型的交流电源系统中，电流呈现正弦波动在一个特定的频率，通常是50或60赫兹。当我们将线性电气设备或负载连接到系统时，它将以与电压相同的频率吸取电流(正弦)，通常是失相的。然而，当您连接非线性设备或负载电力系统。
这是因为非线性负载通过其动作产生电流谐波。此外，当我们将非线性设备(如整流器)连接到系统时，它将吸取通常不是正弦的电流。更重要的是，电流波形可以变得有些复杂，这取决于它与系统中其他组件的相互作用以及设备或负载的类型。根据傅立叶级数分析，无论复杂程度如何，电流波形都可以分解为基本的正弦信号。这些正弦信号，从电力系统的基频开始，以基频的整数倍出现。
非线性设备或负载的其他例子包括:
打印机
电脑
荧光照明
变速驱动
电池充电器
电力系统谐波概论“，
我们把谐波定义为基频的正整数倍。基频的第三倍称为三阶谐波。正是这种类型的谐波是非线性设备或负载作用的产物。这些类型的非线性器件包括半导体器件，即mosfet、晶体管、二极管和igbt(绝缘栅双极晶体管)。
虽然半导体是谐波的主要提供者，饱和变压器也产生谐波。就电动机而言，除非它们达到饱和水平，否则它们不会产生谐波。非线性设备或负载会引起基本谐波的扰动，从而产生其他类型的谐波。然而，我们将重点讨论的谐波类型是三阶谐波，因为它具有影响电力系统性能和功能的特定特征。
我相信你知道，电力系统通过相隔120度的三相系统接收电力供应。当然，这种设计提供了更高的效率。在为负载供电后，根据设计，它可以将相添加到中性线，从而相互抵消。总的来说，这个设计也是性价比高的。然而，如果三相中存在三阶谐波，它们就不会相互抵消。
一般来说，这种情况将导致中性线上的振荡电流当然，这是非常危险的。此外，这种危险是由于中性线的设计采用了更小的导体，只能携带最小的电流。因此，为了抵消三阶谐波的影响，我们使用delta连接。最后，这允许电流在连接周围循环，而不是让三相在中性线上结合。
注意:Delta连接是电气三相绕组在串联中的三角形排列，其中电路的三根电线中的每一根连接到两个绕组的连接处。
电压谐波的影响
电流谐波是电压谐波的主要贡献者。由于来自源阻抗的电流谐波，电压源及其提供的电压会失真。可以限制电压源的源阻抗;然后，电流谐波也会产生降低的电压谐波。一般来说，与电流谐波相比，电压谐波通常是最小的。
正是由于这个原因，我们可以用电压的基频来近似电压波形。请记住，如果我们使用这种近似，电流谐波不会影响传递到负载的实际功率。
尽量避免在整个电路设计过程中降低晶体管挑战的难度。
当使用非线性设备或负载时，谐波是不可避免的。它对电力系统的影响包括性能降低、效率降低、成本增加和安全问题。请记住，当涉及电力系统时，我们必须处理这两种形式的谐波。一般来说，在无线通信领域，谐波不仅会对相关设备产生负面影响，还会对其他服务产生负面影响。
在设计工作流程中轻松实现非线性设备设计和分析工具套件从节奏。的布局工作Allegro PCB Designer或者管理更密集的计算和建模，比如清晰度3D求解器一定会对您的整体验证有所帮助。
如果您想了解更多Cadence如何为您提供解决方案，跟我们的专家和我们谈谈．