如何使用谐波注入法降低PFC 谐波并改善THD（第 1
部分）
作为德州仪器(TI) 高性能隔离式电源团队的一名工程师，我主要与通常需要高性能电源的服务器及电信公司合作。开发高端功率因数校正(PFC) 设计，不仅需要在特定负载下使总谐波失真(THD) 低于一定百分比，而且还需要每个谐波都不超过IEC 61000-3-2 合规性标准中规定的特定限值。在这篇共分两部分的博客中，我将介绍用于降低PFC 谐波和改善THD 的谐波注入法。
表1，IEC 61000-3-2 谐波限值
闭环调谐通常是一种降低谐波失真、改善THD 的有效方法。不过，我看到过有PFC 设计通过了THD 测试，但无论工程师如何努力调谐控制环路，也无法通过单个谐波失真测试。传统闭环调谐在这种情况下帮助不大。因此需
要使用新的方法来应对单个谐波。
我看到过工程师通过在单开关三相位整流器设计中注入三阶电流信号来降低THD。这使我想到了一种抑制(补偿)高幅值谐波的类似方法。这种方法应该很容易使用，不仅不涉及额外的硬件成本，而且还非常灵活，可抑制任何阶
数的谐波。
在TI UCD3138 等数字电源控制器的帮助下，我开发出了一种简单的谐波注入法，其可有效抑制(补偿)任意阶数的谐波。因此，可降低特定阶数的谐
波幅值、改善THD。
基本原理是生成一个特定阶数的正弦信号，并将该信号注入PFC 电流控制环路。正弦信号的幅值可根据负载和输入电压等工作条件进行动态调整，
从而可最大限度地提高抑制效果。
电压谐波总畸变率 一、定义 在理想状况下，电压波形应是周期性标准正弦波，但由于电力系统中存在有大量非线性阻抗特性的供用电设备，这些设备向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压，称为谐波源。谐波源使得实际的电压波形偏离正弦波，这种现象称为电压正弦波形畸变，通常以谐波来表征。电压波形畸变的程度用电压正弦波畸变率来衡量，也称电压谐波畸变率。 二、计算方法 电压谐波畸变率以各次谐波电压的均方根值与基波电压有效值之比的百分数来表示。 电压谐波畸变率=√（U2*U2+U3*U3+...+Un*Un）*100%/U1 式中Un--第n次谐波电压有效值，U1--基波电压有效值。 三、谐波畸变产生的危害 1、导致电力变压器发热。谐波导致电力变压器发热源于两方面原因，其一是谐波电流能增加变压器的铜损和漏磁损耗；其二是谐波电压能增加铁损。变压器的发热程度直接影响了变压器使用容量的降低程度。 2、导致电力电缆发热。在三相对称回路中，三次谐波在三相导线中相位相同，在中性线上叠加后产生了3倍于相线的谐波电流和谐波电压，导致中性线温度升高。智能建筑中大量的OA设备及电子式荧光灯均使三次谐波在系统中的占有率增大，因此谐波引起中性线发热问题值得关注。当高频电流通过导线时，电流具有集肤效应，显然高次谐波电流的存在使线路集肤效应加重，线路外表面电流密度加大，从而导致线路（相线及中性线）发热。 3、导致对电子设备的干扰。智能建筑中自动化及电子信息设备均要求有较高的电源质量，且都工作于低电压水平，极易受到谐波的干扰而使控制失常。控制失常可能引发三A系统的严重故障。 4、导致低压配电设备工作异常。谐波畸变可使配电用低压电器设备（断路器、漏电保护器、接触器、热继电器等）发生故障。谐波电流使低压电器设备铁损、铜损增加，集肤效应加剧，从而产生异常发热，误动作等故障。 四、防范措施 1、在根据负载确定电力变压器额定容量时，应考虑谐波畸变而留有格量。在民用建筑设计中一般应保证变压器负荷率为70%～80%左右，该负荷率的工程裕量即可防范谐波引起的变压器发热危害。 2、在电缆截面选择中应考虑谐波引起线缆发热的危害。对于联接谐波主要扰动源设备的配线，确定线缆载流量时应日有足够裕量，可适当放大一级选择线缆截面。在三相四线制系统中，应考虑三次谐波电流和高次谐波电流引起的集肤郊应
1 引言 对于电子产品来说唯一不可缺少的是电源，但是它除了提供能量外，也带来了纹波、噪声等影响电子产品正常工作的影响。纹波电压对高放、本振、混频、滤波、检波、A/D变换等电路都会产生影响，在设计控制设备、电子仪器、电视、摄像机等电子产品时都要想办法尽量减小纹波。为此就要了解纹波、知道它是如何产生的、如何测量以及抑制方法。 2 电源纹波 纹波是附着于直流电平之上的包含周期性与随机性成分的杂波信号，指在额定输出电压、电流的情况下，输出电压中的交流电压的峰值。狭义上的纹波电压，是指输出直流电压中含有的工频交流成分。 纹波用示波器可以看到，在直流电压上下轻微波动，就像水平面上波动的水纹一样，所以被称为纹波（见图1）。 图1 RIGOL示波器DS1302观察的纹波信号波形 2.1 电源纹波产生 我们通常在产品中用的电源主要有线性电源和开关电源二大类，输出的直流电压是一个固定值，由交流电压经整流、滤波、稳压后得到。由于滤波不干净，直流电压中含有交流成分，这就产生了纹波。纹波是一种复杂的杂波信号，它是围绕输出直流电压上下来回波动的周期性信号，但周期和振幅不是定值，随时间而变，不同电源的纹波波形不一样。 产生电源纹波的因素有许多，即使你用电池供电也会因负载的波动而产生波纹。 线性电源
由于我国供电频率是50Hz，所以它的纹波主要来自工频50Hz变压器，纹波电压的频率常常是50nHz，n取自然数，大小取决于整流电路的类型。对于半波整流，是1；对于全波整流，是2；对于三相全波整流，是6，即300Hz。所以这种电源的输出端纹波主要是50HZ 或它的整数倍，幅值小，较易滤除，通常纹波可做到几mV。 如假定整流桥输出负载电流IL，负载电压VL，整流桥输人交流电压幅值Vm及其输人交流电压频率f，则其输出的纹波电压由表1各式计算。 表1 整流纹波电压 采用功率匹配法或等效电流源法计算纹波电压，一般表示为： △U＝ILsin2wt／(2wC) (1) 从式(1)中可以看出，纹波频率为输人频率的两倍，其幅值正比于变换器的输出电流，反比于输人电压频率和平滑电容的大小。 开关电源 产生的纹波比较复杂、很难滤除且幅值较大。主要来源于五个方面:除低频纹波外还有高频纹波、共模噪声、开关器件产生的噪声和调节控制环路引起的纹波噪声。一般开关电源的纹波比线性电源的纹波要大，频率要高。 ①高频纹波。高频纹波来源于开关变换电路。开关电源的开关管在导通和截止的时候，都会有一个上升和下降时间，这时候在电路中就会出现一个与开关上升与下降时间的频率相同或者奇数倍频的噪声，一般为几十MHz。同样二极管在反向恢复瞬间，其等效电路为电阻电容和电感的串联，会引起谐振，产生的噪声频率也为几十MHz。还有高频变压器的漏感也会产生高频干扰。这些噪声一般叫做高频纹波噪声，幅值通常要比纹波大得多。
[编辑本段] 谐波失真简介 谐波失真（THD）指原有频率的各种倍频的有害干扰。放大1kHZ的频率信号时会产生2kHZ的2次谐波和3kHZ及许多更高次的谐波，理论上此数值越小，失真度越低。 由于放大器不够理想，输出的信号除了包含放大了的输入成分之外，还新添了一些原信号的2倍、3倍、4倍……甚至更高倍的频率成分（谐波），致使输出波形走样。这种因谐波引起的失真叫做谐波失真。 [编辑本段] 谐波失真解析 总谐波失真指音频信号源通过功率放大器时，由于非线性元件所引起的输出信号比输入信号多出的额外谐波成分。谐波失真是由于系统不是完全线性造成的，我们用新增加总谐波成份的均方根与原来信号有效值的百分比来表示。例如，一个放大器在输出10V的1000Hz时又加上Lv的2000Hz，这时就有1 0％的二次谐波失真。所有附加谐波电平之和称为总谐波失真。一般说来，10 00Hz频率处的总谐波失真最小，因此不少产品均以该频率的失真作为它的指标。但总谐波失真与频率有关，因此美国联邦贸易委员会于1974年规定，总谐波失真必须在20～20000Hz的全音频范围内测出，而且放大器的最大功率必须在负载为8欧扬声器、总谐波失真小于1％条件下测定。国际电工委员会规定的总谐波失真的最低要求为：前级放大器为0.5％，合并放大器小于等于0.7％，但实际上都可做到0.1％以下：FM立体声调谐器小于等于1.5％，实际上可做到0.5％以下；激光唱机更可做到0.01％以下。 由于测量失真度的现行方法是单一的正弦波，不能反映出放大器的全貌。实际的音乐信号是各种速率不同的复合波，其中包括速率转换、瞬态响应等动态指标。故高质量的放大器有时还注明互调失真、瞬态失真、瞬态互调失真等参数。 (l)互调失真(IMD)：将互调失真仪输出的125Hz与lkHz的简谐信号合成波，按4：1的幅值输入到被测量的放大器中，从额定负载上测出互调失真系数。 (2)瞬态失真(TIM)：将方波信号输入到放大器后，其输出波形包络的保持能力来表达。如放大器的转换速率不够，则方波信号即会产生变形，而产生瞬态失真。主要反映在快速的音乐突变信号中，如打击乐器、钢琴、木琴等，如瞬态失真大，则清脆的乐音将变得含混不清。
10kV系统的电压谐波分析 南京供电公司计量中心曹根发 摘要：本文对10kV小电流接地系统的电压谐波，由于10kV电压互感器中 性点的消谐电阻，及接地变一侧的灭弧线圈等原因，而造成的错误测试结果，进行了分析，并针对这种现象提出改进的测试方法。 1.前言 由于生产发展的需要和国家电力总公司及江苏省公司的要求，我市公司对所辖范围内的电网，配网电能质量，（电压谐波占有率）进行了一次普测、普查。 由于10kV配网系统采用了小电流接地的运行方式，10KV配网的电压互感器接线方式如图1所示。在PT的一次侧中性点到地串接一只电阻，称消谐电阻。此电阻一般由氧化锌阀片构成，在正常运行方式下，无电流通过此电阻。一次侧中心点与地等电位。近似与Y/Y型接法。而主变接线方式则是Y/Δ型接法。所以在10kV母线上并一只接地变，采用Y/Y型接法。在变一侧中心点串一只电抗器，俗称灭弧线圈。在10kV系统形成中心点接地的运行方式。 国标规定电压失谐率是相电压的谐波百分比含量做为判别限值的标准。从而规范了测试信号是相电压，与之相应的测试设备的接线方式是“Y”型接法。若取线电压为取样信号。测试设备需按“△”接法，结果将造成取样信号中的3n次谐波被抵消，抵消量大小，与3n次谐波电压与同相的基波电压相位及相电压的不平衡度有关。 在普查进程中，我们发现有6座110kV变电站中的9条10kV母线严重超标。共同特征是3次电压畸变率是造成超标的最主要因素。其余各次谐波含量不大。且占比例极低。同时所有电压谐波超标的10kV母线，电压三相不平衡度也接近或超过国标值。（国标Σu <2%） 切除变电站10kV侧的补偿电容器组，仅五次谐波有所下降，三次谐波下降量不大总畸变率仍居高不下。在10kV电源侧110KV测得，3次电压谐波仅有1%左右。而在这9条母线供电范围内，并无大型工矿企业，和大型非线性生产用户。
如何正确地测试纹波电压 纹波电压在产品中是一项很重要的参数，过大的纹波电压不仅会直接影响音频电路的信噪比，甚至引起电路的误动作。在实际做设计调试和测试时，我们发现很多同事并不知道如何去测试纹波，因此收集了一些网上资料结合实际经验总结出这篇文章，借此抛砖引玉。 由于目前产品中大量应用开关电源和DC-DC等电路进行供电和电压转化，此类设计由于应用了开关技术使供电的效率有了本质上的提高，大大减小了功率耗散；但同时也增加了输出的交流成分，即我们所说的纹波和噪声（Ripple & Noise）。 一、 纹波的概念： 纹波就是一个直流电压中的交流成分。直流电压本来应该是一个固定的值, 但是很多时候它是通过交流电压整流、滤波后得来的,由于滤波不干净,就会有剩余的交流成分,即便如此,就是用电池供电也因负载的波动而产生波纹。事实上,即便是最好的基准电压源器件,其输出电压也是有波纹的。 纹波应是AC和开关频率的整倍数,用傅里叶级数展开应该是mf越高,Am越小。杂噪应该是不规则的离散波,是由非线性器件对I、V互相反复调制,在负载、输入的AC变化、温度变化都使杂噪变化,其频带可能有数十MHz到1GHz,主要以辐射的形式存在。杂噪是一种常用的通俗说法。其共性就是具有随机性。但必须注意,噪声的分布一般呈现高斯分布,即白噪声,而纹波则不是。 输出纹波和输出电流和输出电压都有关系,主要是与电流的关系。 通常输出纹波近似等于输出电流乘上输出滤波电容的ESR值。所以并不是滤波电容的容量越大输出纹波越小,而应该是滤波电容的ESR值越小输出纹波越小。 纹波是出现在输出端子间的一种与输入频率和开关频率同步的成分,用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在输出电压的0.5%以下；噪声是出现在输出端子间的纹波以外的一种高频成分,也用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在输出电压的1%左右。纹波噪声是二者的合成,用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在输出电压的2%以下。 通常我们所说的纹波噪声是对电压信号而言。 二、 纹波噪声的成分分析： 测试纹波噪声，我们需要先对纹波噪声信号的成分进行区分。 如上图所示，纹波噪声可分为如下四个部分：
谐波测试评估报告一、谐波测试（只测量了AC相） 图一：电压谐波总畸变率曲线 图二：谐波电流频谱图
监测时间： 参数 A相C相 限值95%值结论95%值结论 基波电压（kV）10.512 ------ 10.502 ------ ------- 2至25次谐波电压含有率（%）2 0.03454 合格0.01092 合格 1.60 3 0.19926 合格0.15543 合格 3.20 4 0.03408 合格0.00670 合格 1.60 5 0.16759 合格0.17845 合格 3.20 6 0.02714 合格0.00746 合格 1.60 7 0.25205 合格0.24453 合格 3.20 8 0.03559 合格0.01170 合格 1.60 9 0.05251 合格0.04012 合格 3.20 10 0.03198 合格0.01110 合格 1.60 11 0.25849 合格0.23378 合格 3.20 12 0.03327 合格0.00933 合格 1.60 13 0.16225 合格0.16792 合格 3.20 14 0.02927 合格0.01277 合格 1.60 15 0.06167 合格0.03726 合格 3.20 16 0.02944 合格0.00777 合格 1.60 17 0.46499 合格0.49567 合格 3.20 18 0.02481 合格0.00602 合格 1.60 19 0.70382 合格0.82298 合格 3.20 20 0.02479 合格0.00736 合格 1.60 21 0.04745 合格0.02988 合格 3.20 22 0.02127 合格0.00644 合格 1.60 23 0.06317 合格0.08257 合格 3.20 24 0.02202 合格0.00853 合格 1.60 25 0.06950 合格0.07423 合格 3.20 电压总畸变率（%）0.95432 合格 1.04190 合格 4.00 短时间闪变（l）0.21041 ------ 0.07000 ------ ------ 长时间闪变（l）0.25475 合格0.09240 合格 1.00 三、频率及电压不平衡率评估 监测时间 参数最大值平均值最小值95%值限值结论频率（Hz）50.048 50.003 49.961 ±0.032 ±0.20 合格负序电压不平衡度（%）100.000 0.14991 0.01000 0.11000 2.00 合格
总谐波畸变率标准及术 语 Document serial number【LGGKGB-LGG98YT-LGGT8CB-LGUT-
总谐波畸变率 total harmonic distortion (THD) 周期性交流量中的谐波含量的方均根值与其基波分量的方均根值之比(用百分数表示)。电压总谐波畸变率以THDu 表示电流总谐波畸变率以THDi 表示。 THD一般指的是以2次~39次谐波总量与基波的百分比，再高次的谐波因绝对值太小而忽略不计。 电能质量公用电网谐波时间: 2003-12-22 13:08:44 中华人民共和国国家标准 电能质量公用电网谐波GB/T 14549 93 Quality of electric energy supply Harmonics in public supply network 国家技术监督局1993-07-31 批准 1994-03-01 实施 1 主题内容与适用范围 本标准规定了公用电网谐波的允许值及其测试方法 本标准适用于交流额定频率为50Hz 标称电压110kV 及以下的公用电网 标称电压为220kV 的公用电网可参照110kV 执行
本标准不适用于暂态现象和短时间谐波 2 引用标准 GB 156 额定电压 3 术语 公共连接点point of common coupling 用户接入公用电网的连接处 谐波测量点harmonic measurement points 对电网和用户的谐波进行测量之处 基波(分量) fundamental (component) 对周期性交流量进行付立叶级数分解得到的频率与工频相同的分量 谐波(分量) harmonic (component) 对周期性交流量进行付立叶级数分解得到频率为基波频率大于1 整数倍的分量谐波次数(h) harmonic order(h) 谐波频率与基波频率的整数比 谐波含量(电压或电流) harmonic content (for voltage or current) 从周期性交流量中减去基波分量后所得的量
输出纹波噪音的几种判定 ·中国绿网· 一般根据电源的输出纹波及噪音，可以判定一部分电源存在的故障。当然电源会有很多的情况会影响到开关电源的输出纹波及噪音。如变压器的绕制工艺、磁材等，而下面我所列的也并非按照相应的解决方法就可以消除的。“人非圣贤，孰能无过”，这里我也只是给大家提供一个思路而已！ 开关管在导通及关断时的尖峰，正常波形(当然要满足电源规格要求为准) 1、辅助电源或基准电压稳定性不够所致 解决方法：在相关部位并大容量的电容。 2、变压器产生的漏磁场对采样形成干扰而引起自激，导致出现正弦振荡 解决方法：在变压器外层加一铜皮，适当加以屏蔽，且屏蔽层要接地。 改进变压器绕制工艺,以减小对采样的干扰。 3、输出如果存在低通滤波器的，可能是其电感量偏大而引起自激振荡。 解决方法：对于输出低通滤波器的情况则减小电感量，同时加大输出电容量。 重置光耦上的电压取样点。 4、电源补偿网络 解决方法：改进补偿网络，增加相应的带宽。
幅值变化随机、无规则。 1、采样电阻上所加电压过高 解决方法：采样电阻的阻值加大，比例不变，且放置位在靠近输出的同时亦靠近电容，改进采样。 2、印制板绝缘不良 解决方法：更改板材或重新改板。 3、电源补偿网络 解决方法：改进补偿网络，增加相应的带宽。 幅值过高 1、输出滤波电容容量太小，或ESR过高 解决方法：增大滤波电容容量。 选用低等效电阻、高频特性好的电容。 采用多个电容并联。 2、输入滤波电容过小 解决方法：增大滤波电容容量。 3、输出储能电感电感量太小(不针对反激式) 解决方法：增大滤波电容容量。
4、电源补偿网络 解决方法：改进补偿网络，增加相应的带宽。 可能电源板布线不合理，引起交叉干扰。 解决方法：调整布线或在相应的干扰源处加电容以消除干扰。
谐波的危害和国家相关标准 1 谐波的危害性 1.1 谐波产生的原因 谐波是怎样产生的?在理想纯净的电力系统中，电流和电压都是纯正弦波。实际上，当电流流过与所加电压不呈线性关系的负载时，就形成非正弦电流。在只含线性元件(电感、电容及电阻)的简单电路里，流过的电流与所加电压成正比，所以如果所加的电压是正弦的话，流过的电流就是正弦的。应指明，在有无功元件的场合，在电压和电流的相位有一个相对移动时，功率因数变低了，但线路仍是线性的。 任何周期性波形可分为一个基频正弦加上许多谐波频率的正弦。谐波频率是基频的整倍数。例如，基频为50Hz时，二次谐波为IOOHz，而三次谐波则为150Hz。 1.2 谐波造成的危害 理想的公用电网所提供的电压应该是单一而固定的频率以及规定的电压阀值。谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，它使电器设备所处的环境恶化，也对周围的通信系统和公用电网以外的设备带来危害。在电力电子设备广泛应用之前，人们对谐波及其危害就进行过一些研究，并有一定认识，但那时谐波污染还不严重，没有引起足够重识。近三四十年来，各种电力电子装置的迅速普及使得公用电网的谐波污染日趋严重，由谐波引起的各种故障和事故也不断发生，谐波危害的严重性才引起人们高度关注。谐波对公用电网和其它系统的危害大致有以下几个方面： (1)：谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。(2)：谐波影响各种电器设备的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏。对旋转电机(发电机和电动机)产生附加功率损耗、产生脉动转矩和噪声。此外，由整流器供电的电动机可引起明显的电压畸变。对异步电动机，转子过热是电压畸变带来的主要问题，谐波损失也取决于电动机特性，电动机的漏抗随谐波频率呈线性增加。脉动转矩是由空气间隙磁束(主要基波分量)和转子谐波电流磁束之间的相互作用而产生。传统设计的定速感应电动机其转速大约比第一临界转速高30%-40%。对可调速电动机则应分析其机械频振速度以避免由于脉动转矩放大而造成损坏。 负荷电流中的谐波在变压器中造成的损耗产生附加发热，降低了其负荷能力，其他如变压器电感与系统电容之间，可能在谐波频率时，发生谐振和温度周期变化，引起机械绝缘应力及铁心振动，产生附加损耗使变压器降低了带负荷能力。(3)：谐波会引起公用电网中局部并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，就使(1)和(2)中的危害大大增加，甚至引起严重事故。谐波电流在导线上的发热比均方根电流造成的预期发热为高。这是由于集肤效应和邻近效应造成的。集肤效应是由于导线内部被外部各层所屏蔽，电流集中于外部，导线的电阻增加并随频率和导线的直径而增加。邻近效应是由于导线磁场使邻近导线内的电流分布畸变。例如对5次谐波电流，在邻近4/OAWC导线的交流和直流电阻之比为1.33。 三相四线制的配电网向单相负荷供电时，在中性导线上会造成不正常的高电流(3
谐拨含量： 借助傅立叶级数分解法求出每周波内各次谐拨含量。 ．．．．．．．． 按公式（ 2），计算每周波电压有效值u j。 u j 1 n u i2 n i1 a) 总谐波含量： (u j )2(u j (1) )2 总谐波含量的百分数 =100% ，u j (1)——波形 u j (1) 中的基波含量。 u b)单次谐波含量 = u j ( k)100%,(k 2 ~ 50) j (1) 偏离系数： 求出每周波的基波电压u j (1)，并在其周波各采样点上将采样点上，将采样点上采样电压与 其对应点的基波电压进行比较，取其最大偏差值，则偏差系数=u j 100% 。 u j (1) uj ——每周波各采样点上采样电压与其对应点的基波电压之间的最大偏差值 u jp (1)——每周波基波电压的峰值 对数个周波的偏离系数进行比较，取其最大值。 电压调制： 测取稳态时各周波的正负半波连续最大的三点电压采样值，按抛物线插值法求出其峰值，至少采集一秒钟，共采集N 个周波。 按下述规定求取调制参数值： 电压调制参数的测试，应在电压波形的正负半波中进行，取其最大值。 电压调制量为至少一秒钟（N 个周波）同向峰值的最大与最小之差。 电压调制量 = [u jp]max[u jp ] min [ u jp ]max——N周波中同向峰值电压最大值 [ u jp ]min——N周波中同向峰值电压最小值
波峰系数： 每波电压有效值 u ，以同一周波内连续最大的三个电压采样值，按抛物线插值法求出其 ．．．．．． 峰值电压 u jp，按公式（6）计算其波峰系数： F u jp ， u jp——每周波的峰值电压。u j u 1 m u j2 m j 1 u j 1n u2 n i1i u——平均电压有效值 j ——采样周波数（j 1 ~ m, m100 ）u j——每周波电压有效值 i ——每周波采样点数（i 1 ~ n,n50 ）u i——每点电压瞬时值
谐波电流计算公式是什么？ 谐波含量计算： 测试时最好测出设备较长时期运行时最大的谐波电流，其和产生谐波电流的负载投入有关，若产生谐波电流的负载全部投入，测试的数据是比较准的。 A、咨询现场工程人员，此时产生谐波的负载是否全部满负荷运行，产生谐波的负载就是非线性负载，变频器，整流设备，中频炉等。测试时现场工程人员应该知道同类的非线性负载投入了多少，所以一定问清楚，自己也可以通过配电盘看一下同类的设备投入了多少，最终目的就是能够知道我们此次测试的谐波电流含量是否为其真正的谐波含量，否则按比例推算。譬如我们测试时同类设备只有一半运行，毫无疑问我们的测试报告要对其进行说明，并且推算出其真实的谐波含量应该乘以2。 B、数据测试完后，若测试数据已经完全反映了实际现场可能出现的最大谐波含量，如下图： 将测试的0min----30min的数据计算出来，如上图是0min----2min，其THDA （平均畸变率）为9.4%，Arms为1.119KA，那么其计算的谐波含量为105.186A，0min----30min的数据全部计算完后，取出最大值既是我们需要的最大谐波含量，那么选取1台100A的设备即可满足谐波补偿要求。 无功功率补偿计算： A、咨询现场工程人员，或者调用其原始功率因数数据，因为功率因数是考核指标，主要咨询两个问题，一是功率因数长期基本上是多少，二是在此功率因数时长期负载电流I多大，通过公式计算出P的值，然后计算出需要补偿的无功功率，无功功率计算公式为，——对应cosφ前的正切值，——对应cosφ后的正切值。 B、数据测试完后，若测试数据已经完全反映了实际现场可能出现的最大无功补偿量，如下图所示： 将测试的0min----30min的数据计算出来，如上图是0min----2min，其平均功率为P=140KW，补偿前功率因数cosφ前=0.554，若补偿后要求功率因数不低于cosφ后=0.90，那么根据公式其计算的无功补偿容量为142.66KVAR，0min----30min的数据全部计算完后，取出最大值既是我们需要的最大无功补偿容量，那么选取3台100A的设备即可满足谐波补偿要求。
谐波失真是指输出信号比输入信号多出的谐波成分。谐波失真是系统不是完全线性造成的。所有附加谐波电平之和称为总谐波失真。总谐波失真与频率有关。一般说来，1000Hz频率处的总谐波失真最小，因此不少产品均以该频率的失真作为它的指标。 目录 1简介 2解析 3分类 4相关讨论 5其它定义 1简介 总谐波失真表明功放工作时，由于电路不可避免的振荡或其他谐振产生的二次，三次 总谐波失真与噪声测试 谐波与实际输入信号叠加，在输出端输出的信号就不单纯是与输入信号完全相同的成分，而是包括了谐波成分的信号，这些多余出来的谐波成分与实际输入信号的对比，用百分比来表示就称为总谐波失真。一般来说，总谐波失真在1000赫兹附近最小，所以大部分功放表明总谐波失真是用1000赫兹信号做测试，但有些更严格的厂家也提供20－20000赫兹范围内的总谐波失真数据。总谐波失真在1%以下，一般耳朵分辨不出来，超过10%就可以明显听出失真的成分。这个总谐波失真的数值越小，音色就更加纯净。一般产品的总谐波失真都小于1%@1kHz，但这个数值越小，表明产品的品质越高。 关于THD的计算公式，不同标准的定义略有不同。 《GBT--17626.7-2008电磁兼容试验和测量技术供电系统及所连设备谐波、谐间波的测量和测量仪器导则》中，对THD的定义如下：
符号G表示谐波分量的有效值，它将按要求在表示电流时被I代替，在表示电压时被U代替，H的值在与限制有关的每一个标准中给出。按照上述定义，THD不包含间谐波，并且，有一固定的谐波上限。[1] 《GB/T12668.2-2002调速电气传动系统一般要求低压交流变频电气传动系统额定值的规定》对THD定义如下： 上式中，Q为总有效值，Q1为基波有效值，可代表电压或电流，按照上述定义，THD包含间谐波和直流分量。[2] 2解析 在解释总谐波失真之前，我们先来了解一下何为谐波失真。 谐波失真是指音箱在工作过程中，由于会产生谐振现象而导致音箱重放 总谐波失真 声音时出现失真。尽管音箱中只有基频信号才是声音的原始信号，但由于不可避免地会出现谐振现象（在原始声波的基础上生成二次、三次甚至多次谐波），这样在声音信号中不再只有基频信号，而是还包括由谐波及其倍频成分，这些倍频信号将导致音箱放音时产生失真。对于普通音箱允许一定谐波信号成分存在，但必须是以对声音基频信号输出不产生大的影响为前提条件。 而总谐波失真是指用信号源输入时，输出信号（谐波及其倍频成分）比输入信号多出的额外谐波成分，通常用百分数来表示。一般说来，1000Hz频率处的总谐
关于纹波系数的确定和计算 工频50Hz全波整流 全波整流输出为100Hz脉动直流，此时直流电压平均值为交流电压的0.9倍。也就是说交流100V 全波整流输出电压为90V。此时直流脉动系数为0.67，也就是说在这90V直流中交流电压分量为 60.3V。此时纹波系数为： 0.707X0.67=0.47=47% 【注：纹波的表示方法可以用有效值或峰值来表示；这里用的是有效值】 1：C型滤波： 在全波整流电路后面增加一个电容就构成了C型滤波。此时输出直流电压平均值上升为交流电压的1.2倍。纹波系数大小与滤波电容、纹波频率、负载电阻成反比。 纹波系数r=0。072/(f/C*RL) （C=F）r=1440/(C*RL) （C=uF） （新建）例：RL=2700欧f=50Hz C=40uF r=0。072/50/（0。00004x2700）=0。013% 2：LC型滤波： 整流器与电容之间增加一个电感就构成LC型滤波。这是利用电感对交流有感抗的特性。由于电感 有抑制电流突变特性使滤波电容两端的电压不能充到峰值。因此LC型滤波输出直流电压平均值小于交流电压的1.2倍，大约0.95。相位差接近180度。 电感临界值=RL/942 LC型滤波电路滤波系数=0.4*L*C LC型纹波系数r=0.47 / 滤波系数r=1。175/L*C （C=uF） 假设负载电阻RL=4700欧，4700/942约等于5.11H是临界电感量。 L常规应用时取该值大于或等于2RL/942 例：电流I=170mA，DC=420V，根据U=IR此时电路负载电阻R=U/I=2470欧。 电感临界值=2470/942约等于2.62H。电感取2XL=4.940H或以上 设L=5H，C=40uF，滤波系数为0.4*5*40=80。 LC型滤波电路纹波系数r=0.47/ 滤波系数=0.47/80=0。005875=0。5875% 或直接用r=1。175/LC=1。175/（5X80）=0。005875=0。5875% 3：CLC型滤波： CLC型滤波是在LC型滤波基础上改良的兀型滤波 CLC滤波系数：130*L*C1*C2*RL/1000000 CLC纹波系数r=0.47 / 滤波系数r=3615/（C1*L*C1*RL）（C=uF） C滤波 LC滤波 CLC滤波
音频功放失真及常见改善方法 无论是电失真还是声失真，按失真的性质来分，主要有频率失真和非线性失真两种。 引起信号各频率分量间幅度和相位的关系变化，仅出现波形失真，不增加新的频率成分，属于线性失真。 谐波失真(THD)、互调失真(IMD)等可产生新的频率成分，或各频率分量的调制产物，这些多余产物与原信号极不和谐，引起声音畸变，粗糙刺耳，这些失真属于非线性失真。 1.谐波失真谐波失真是由功放中的非线性元器件引起的一种失真。这种失真使音频信号产生许多新的谐波成分，叠加在原信号上，形成了波形失真的信号。将各谐波引起的失真叠加起来，就是总谐波失真度，其值常用输出信号中的所有谐波均方根值与基波电压有效值之比的百分数来表示。在这里，基波信号就是输入信号，所有谐波信号为由非线性失真引入的各次谐波信号。显然，该百分数越小，谐波失真越小，电路性能越好。 目前，Hi-Fi功放的谐波失真一般控制在0.05%以下，许多优质功放的谐波失真已小于0.01%，而专业级音频功放的谐波失真度一般控制在0.03%以下。事实上，当总谐波失真度小于0.1%时，人耳就很难分辨了。另需说明的是，对于一台指定的音频功放而言，例如，某音频功放的总谐波失真指标表示为THD<0.009%(1W)。初看起来，似乎总谐波失真很小，但它只是在输出功率为1W时的总谐波失真，这与在有关标准要求的测量条件下所得的总谐波失
真值是不同的。所以，在标明音频功放的总谐波失真指标时，一般都会注明测量条件。 众所周知，人的听觉系统是极其复杂的，有时谐波失真小的功放不如谐波失真大的耐听，这种现象的原因是多方面的。其中，与各次谐波成分对音质的影响程度不同有直接关系。尽管石机与胆机的稳态测试数据相同，但人们总觉得胆机的低音醇厚激荡、中音明亮圆润、高音纤细清澈，极为耐听; 石机则低频强劲有力，中高频通透明亮，但高频发毛，声音生硬，音色偏冷。经频谱分析发现，石机含有大量的奇次谐波，奇次谐波给人耳造成刺耳难听的感觉;胆机则含有丰富的偶次谐波，而人耳对偶次谐波不敏感。此外，人耳对偶次谐波失真分辨力较低，对高次谐波却非常敏感，这也是上述现象的重要原因之一。 降低谐波失真的办法主要有：1)施加适量的电压负反馈或电流负反馈;2)选用fT高、NF小、线性好的放大元器件;3)尽可能地提高各单元电路中对管的一致性;4)采用甲类放大方式，选用优秀的电路程式;5)提高电源的功率储备，改善电源的滤波性能。 2.互调失真两种或多种不同频率的信号通过放大器后或扬声器发声时互相调制而产生了和频与差频以及各次谐波组合产生了和频与差频信号，这些新增加的频率成分构成的非线性失真称为互调失真。 通常，将两个振幅按一定比例(多取4:1)的高低频信号，混合进入电路，新产生的非线性信号的均方根值与原较高频率信号的振幅之比的百分数来量度互调失真，即互调失真的大小，可用互调产物电平与额定信号电平的百分
总谐波畸变率 total harmonic distortion (THD) 周期性交流量中的谐波含量的方均根值与其基波分量的方均根值之比(用百分数表示)。电压总谐波畸变率以THDu 表示电流总谐波畸变率以THDi 表示。 THD一般指的是以2次~39次谐波总量与基波的百分比，再高次的谐波因绝对值太小而忽略不计。 电能质量公用电网谐波时间: 2003-12-22 13:08:44 中华人民共和国国家标准 电能质量公用电网谐波GB/T 14549 93 Quality of electric energy supply Harmonics in public supply network 国家技术监督局1993-07-31 批准 1994-03-01 实施 1 主题内容与适用范围 本标准规定了公用电网谐波的允许值及其测试方法 本标准适用于交流额定频率为50Hz 标称电压110kV 及以下的公用电网 标称电压为220kV 的公用电网可参照110kV 执行 本标准不适用于暂态现象和短时间谐波 2 引用标准 GB 156 额定电压 3 术语 3.1 公共连接点point of common coupling 用户接入公用电网的连接处 3.2 谐波测量点harmonic measurement points 对电网和用户的谐波进行测量之处 3.3 基波(分量) fundamental (component) 对周期性交流量进行付立叶级数分解得到的频率与工频相同的分量 3.4 谐波(分量) harmonic (component) 对周期性交流量进行付立叶级数分解得到频率为基波频率大于1 整数倍的分量 3.5 谐波次数(h) harmonic order(h) 谐波频率与基波频率的整数比
谐波分析 一、谐波的相关概述 谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般来说是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量，其实谐波是一个正弦波分量。 谐波产生的根本原因是非线性负载造成电网中的谐波污染、三相电压的不对称性。由于非线性负荷的存在,使得电力系统中的供电电压即便是正弦波形,其电流波形也将偏离正弦波形而发生畸变。当非正弦波形的电流在供电系统中传输时,将迫使沿途电压下降,其电压波形也将受其影响而产生不同程度的畸变,这种电能质量的下降会给电力系统和用电设备带来严重的危害。 电力系统中的谐波源主要有以下几类：（1）电源自身产生的谐波。因为发电机制造的问题，使得电枢表面的磁感应强度分布偏离正弦波，所产生的电流偏离正弦电流。（2）非线性负载，如各种变流器、整流设备、PWM变频器、交直流换流设备等电力电子设备。（3）非线性设备的谐波源，如交流电弧炉、日光灯、铁磁谐振设备和变压器等。 二、谐波的危害 谐波对电力系统的危害主要表现在:(1)谐波使公用电网中的元件产生附加的谐波损耗,降低发电、输电及用电设备的效率。(2)谐波影响各种电气设备的正常工作。(3)谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振,从而使谐波放大,引发严重事故。(4)谐波会导致继电保护和自动装置误动作,并使电气测量仪表计量不准确。(5)谐波对临近的通信系统产生干扰,轻则产生噪声,降低通信质量;重则导致信息丢失,使通信系统无法正常工作。 三、谐波的分析 由于谐波导致的各种各样的事故和故障的几率一直在升高，谐波已成为电力系统的一大公害。我国对于谐波相关工作的研究大致起源于20世纪80年代。我国国家技术监督局于93年颁布了国家标准《电能质量——公用电网谐波》（GB/T 14549-1993）。该标准对公用电网中各个等级的电压的限用值、电流的允许值等都做了相应的规定，并以附录的形式给出了测量谐波的方法和数据处理及测量仪器都作了相应的规定。这个规定给我国相关人员进行谐波检测分析、谐波污染的抑制提供了理论依据和大致思路。
电能公式和电能质量计算公式大全 电能公式 电能公式有W=Pt,W=UIt,(电能＝电功率x时间) 有时也可用W=U^2t/R=I^2Rt 1度=1千瓦时=3.6*10^6焦P：电功率 W：电功 U:电压 I:电流 R：电阻 T:时间 电能质量计算公式大全 1.瞬时有效值： 刷新时间1s。
(1)分相电压、电流、频率的有效值 获得电压有效值的基本测量时间窗口应为10周波。 ①电压计算公式： 相电压有效值，式中的是电压离散采样的序列值（为A、B、C相）。 ②电流计算公式： 相电流有效值，式中的是电流离散采样的序列值（为A、B、C相）。 ③频率计算： 测量电网基波频率，每次取1s、3s或10s间隔内计到得整数周期与整数周期累计时间之比(和1s、3s或10s时钟重叠的单个周期应丢弃)。测量时间间隔不能重叠，每1s、3s或10s间隔应在1s、3s或10s时钟开始时计。 (2)有功功率、无功功率、视在功率（分相及合相）
有功功率：功率在一个周期内的平均值叫做有功功率，它是指在电路中电阻部分所消耗的功率，以字母P表示，单位瓦特(W)。 计算公式： 相平均有功功率记为，式中和分别是电压电流离散采样的序列值（为A、B、C相）。 多相电路中的有功功率：各单相电路中有功功率之和。 相视在功率 单相电路的视在功率：电压有效值与电流有效值的乘积，单位伏安(VA)或千伏安(kVA)。 多相电路中的视在功率：各单相电路中视在功率之和。 相功率因数 电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S
谐拨含量： 借助傅立叶级数分解法．．．．．．．． 求出每周波内各次谐拨含量。 按公式（2），计算每周波电压有效值j u 。 ∑== n i i j u n u 121 a) 总谐波含量： 总谐波含量的百分数= %100)()()1(2)1(2?-j j j u u u ，)1(j u ——波形中的基波含量。 b) 单次谐波含量=)50~2(%,100)1() (=?k u u j k j 偏离系数： 求出每周波的基波电压)1(j u ，并在其周波各采样点上将采样点上，将采样点上采样电压与其对应点的基波电压进行比较，取其最大偏差值，则偏差系数=%100)1(??j j u u 。 uj ?——每周波各采样点上采样电压与其对应点的基波电压之间的最大偏差值 )1(jp u ——每周波基波电压的峰值 对数个周波的偏离系数进行比较，取其最大值。 电压调制： 测取稳态时各周波的正负半波连续最大的三点电压采样值，按抛物线 插值法求出其峰值，至少采集一秒钟，共采集N 个周波。 按下述规定求取调制参数值： 电压调制参数的测试，应在电压波形的正负半波中进行，取其最大值。 电压调制量为至少一秒钟（N 个周波）同向峰值的最大与最小之差。 电压调制量=min max ][][jp jp u u - max ][jp u ——N 周波中同向峰值电压最大值 min ][jp u ——N 周波中同向峰值电压最小值
波峰系数： 每波电压有效值u ，以同一周波内连续最大的三个电压采样值，按抛物线插值法．．．．．．求出其峰值电压jp u ，按公式（6）计算其波峰系数：j jp u u F = ，jp u ——每周波的峰值电压。 ∑==m j j u m u 1 21 ∑==n i i j u n u 1 21 u ——平均电压有效值 j ——采样周波数（100,~1≥=m m j ） j u ——每周波电压有效值 i ——每周波采样点数（50,~1≥=n n i ） i u ——每点电压瞬时值
LED电源总谐波失真（THD）分析及对策 1.总谐波失真 THD 与功率因数 PF 的关系 市面上很多的 LED 驱动电源，其输入电路采用简单的桥式整流器和电解电容器的整流滤波电路，见图 1. 图1 该电路只有在输入交流电压的峰值附近，整流二极管才出现导通，因此其导通角θ比较小，大约为 60°左右，致使输入电流波形为尖状脉冲，脉宽约为 3ms,是半个周期（10ms）的 1/3.输入电压及电流波形如图 2 所示。由此可见，造成 LED 电源输入电流畸变的根本原因是使用了直流滤波电解电容器的容性负载所致。 图2 对于 LED 驱动电源输入电流产生畸变的非正弦波，须用傅里叶（Fourier）级数描
述。根据傅里叶变换原理，瞬时输入电流可表为： 式中，n 是谐波次数，傅里叶系数 an 和 bn 分别表为： 每一个电流谐波，通常会有一个正弦或余弦周期，n 次谐波电流有效值 In 可用下式计算： 输入总电流有效值 上式根号中，I1 为基波电流有效值，其余的 I2,3,分别代表 2,3,… n 次谐波电流有效值。用基波电流百分比表示的电流总谐波含量叫总谐波失真（THD） ,总谐波含量反映了波形的畸变特性，因此也叫总谐波畸变率。定义为 根据功率因数 PF 的定义，功率因数 PF 是指交流输入的有功功率 P 与输入视在功率 S 之比值，即
其中，为输入电源电压； U cosΦ1 叫相移因数，它反映了基波电流 i1 与电压 u 的相位关系，Φ1 是基波相移角；输入基波电流有效值 I1 与输入总电流有效值Irms 的百分比即 K=I1 / Irms 叫输入电流失真系数。上式表明，在 LED 驱动电源等非线性的开关电源电路中，功率因数 PF 不仅与基波电流 i1 电压 u 之间的相位有关，而且还与输入电流失真系数 K 有关。将式（6）代入式（7） ,则功率因数 PF 与总谐波失真 THD 有如下关系： 上式说明，在相移因数 cosΦ1 不变时，降低总谐波失真 THD,可以提高功率因数 PF;反之也能说明， PF 越高则 THD 越小。例如，通过计算，当相移角Φ1=0 时，THD=30% @ PF=0.9578;THD=10% @ PF=0.9950. 2.谐波测量与分析 为了很好地分析如图 1 所示的 LED 驱动电源的谐波含量，介绍一种使用示波器测量输入电流的方法。先在电源输入回路串接一个 10-20W 或以上的大功率电阻如 R=10 OHM,通电后测量大功率电阻上两端的电压波形，由于纯功率电阻上两端的电压与电流始终是同相位，因此电阻上的脉冲电压波形亦即代表了输入电流的脉冲波形，但数值大小不同。由波形显示可知，其脉冲电流 i（t）与图 2 的电流波形是一致的，见图3. 图3 此电流脉冲波近似于余弦脉冲波，因此可用余弦脉冲函数表为：