电压和电流畸变的总谐波失真(THD)功率因数测量

更新至2022年。

关键的外卖

总谐波失真(THD)是电压或电流波形偏离理想正弦形状的度量。
真功率因数=失真因数x位移因数
电气设备制造商遵循推荐的谐波标准，以限制其产品的谐波排放，并确保设备免受电源电压或电流谐波的影响。

采用傅里叶分析方法从非正弦电压中提取基波分量和谐波分量

非正弦周期电压可分解为基频的正弦电压和基频整数倍的频率。

现在，如果你正在从笔记本电脑上阅读，请检查AC适配器中给出的输入细节。通常，你会发现电压范围在100-240 V之间，频率在50-60 Hz之间。该输入规范包括全球公认的单相纯正弦，实用电压标准为120 V, 60 Hz或240 V, 50 Hz。然而，作为电气爱好者，您可能知道电源电压与上述形状、振幅和频率标准的实时偏差。

这些扭曲的发生通常是在一个总括术语下考虑的。权力质量的问题。随着全球范围内人均非线性设备的密度急剧增加，权力质量(PQ)正成为一个备受关注的问题。非线性载荷的扩散引入正弦电压部件用小频率进权力系统。

这些电压组件叫做电压谐波-与基本频率电压并使公用事业供应电压非正弦．当你在看线性失真而且非线性失真，谐波当前的而且谐波频率会导致信号失真．非-正弦电压供应会导致机器的热损耗，敏感设备的故障和通信干扰。总计谐波失真(THD)是对的偏差的度量电压或当前的理想波形正弦形状。THD量化了谐波中不需要的谐波电压或当前的使用傅里叶分析的波形。THD分析对于维护和增强至关重要权力系统的稳定性。

官解码

如果你列出了常见的谐波源在电力系统中，你不能错过电力电子转换器、可调速驱动器、静态无功补偿器和SMPS。这些源产生电流或电压谐波，这是相互包容的性质。假设有机会从非正弦电压v(t)中过滤出基频电压分量v1(t)，剩下的是由vh(t)给出的整个谐波:

非正弦电压方程的总谐波余量

印刷在任何设备上的输入电压规格是RMS基频(f)分量V1的电压。谐波vh(t)将理想的电压或电流转换为不理想的形状、振幅和频率。谐波vh(t)可以分解为若干次正弦分量如果v(t)构成频率等于n倍f的正弦电压分量，它就形成了n次谐波vn(t)。n次谐波vn(t)为非正弦电压v(t)的振幅提供了它的份额。n的值可以是2,3或4，等等，但即使是谐波也很少存在。

THD可以用百分数数学表示，公式如下:Vnis为n次谐波的均方根电压，v1为基频分量的均方根电压:

THD百分比方程与电压，均方根，和基频

同样的THD方程也适用于电流谐波。

谐波的总结

从目前的讨论来看，很明显，谐波就像不速之客。谐波的存在对电力系统部件如电机、电子设备、测量仪器、开关设备、传输电缆和照明系统。一个谐波组件会不会影响到灾难性的基本信号，输出信号,输入信号这取决于你拉力因素或近似计算．电压谐波失真，交叉失真,互调失真都会影响谐波内容你的音频信号．

电机

电力系统的一个组成部分是由电机、发电机和变压器等电机组成的。当饱和时，这些机器中的铁磁体就会成为谐波的中心。我们熟悉机器中的滞后和涡流损失，它们与频率有关。输入电源中高次谐波的存在加剧了电机和变压器的磁损耗，因此温度．

在电机的转子侧，转子电流的扭曲会引起转矩脉动或转矩降低。电流失真还会导致铜损耗增加和电机发热，从而对绝缘造成严重威胁。在这种情况下，以感应电机中的齿槽和爬行现象为例是正确的。

除电压外，发电机还向电力系统提供三次谐波或三次谐波。电流和电压谐波从发电机传播到总线上的其他负载，污染系统。

没有人喜欢机器发出的嗡嗡声——用扭曲的电源电压给电机供电就像把嗡嗡声音量调高一样。

电子设备

你是否曾经把一个出故障的电子产品拿到服务中心，结果在商店里却发现它完全正常?服务中心人员通常归咎于设备的输入电源被插入。的确，大多数电子设备在输入电压失真的情况下会出现故障。的谐波在输入电压位移中，波形中的过零点，影响内部时钟、定时器和adc．

电力电子转换器和开关电路是扭曲电网中电流和电压形状的主要来源。他们也是受害者;放电装置的换向主要受到源电压谐波的影响。谐振变换器和线换流变换器的功能受到谐波的挑战，其后果在微电网系统中很常见。

信息技术产业委员会(ITIC)研究了计算机在电力供应失真时的脆弱性。这些研究已经形成了限制谐波影响的标准。当涉及到工业自动化时，由于谐波引起的过程控制中的挂起、数据丢失或故障是不能忽视的。此外，在通信电子学方面，我们可能会遇到交叉对话和干扰在邻近输电线路存在谐波时。通信工程师们非常热衷于关注这个问题，解决干扰和噪声干扰。