基于傅里叶分解原理的同步电机三次谐波磁场分析
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三次谐波电流主要来自于单相整流电路。
图示的是一个典型的单相整流电路,电路中的电容是平滑电容,大部分整流电路中都包含这个电容,否则直流电压的纹波很大。
这个电容是导致三次谐波电流的主要原因。
熟悉电路的人都知道,平滑电容的电压被充电到交流电的峰值后,就维持在交流电峰值附近。
当交流电的电压低于电容上的电压时,电网上没有电流流入负载。
这时,负载的电流由电容供给,随着输出电流,电容的电压开始降低,在某个时刻,交流电的电压会高于电容上的电压,这时,电网上才会有电流流入电容(给电容充电,使电容上的电压升高)和负载中。
因此,电网仅在接近电压峰值的时刻向负载输入电流,电流的形状为脉冲状。
通过付立叶分析可知,这种脉冲状的波形包含丰富的三次谐波成分。
脉冲状的电流中包含了高次谐波成分,3次谐波电流最大。
传统负荷与现代符合的重要区别是,传统负荷大部分是线性负荷,现代负荷大部分是非线性负荷:1.通信设备、UPS电源2.电脑为代表的信息设备、办公自动化设备3.大型医疗设备4.电视机为代表的家用电器,特别是变频空调、电磁炉等5.节能灯、调光灯等照明设备6.大尺寸的LED屏幕电视机和计算机电流波形调光灯和节能灯电流波形电视机和计算机的电流为很窄的脉冲波,这是很典型的单相整流电路的电流波形,实际上,任何使用开关电源作为直流电源的设备都。
会产生这种电流的波形。
这是三次谐波电流的主要来源。
目前大量使用的大尺寸LED屏幕,采用很多开关电源并联供电,因此LED 屏幕产生的3次谐波电流很大。
节能灯也是目前常见的负载,他的电流也是脉冲状的。
实际上,现代建筑物中,节能灯导致的三次谐波电流已经成为主要的危害。
三次谐波引起跳闸常识告诉我们,电流的持续时间短了,要保持一定的有效值,就必须具有更高的峰值。
这个图中所显示的是一台1500W的设备,按照正弦波电流计算,电流的有效值应该为7A左右,峰值电流为10A左右,但是,这里的峰值达到了60A。
这就会导致通过检测峰值电流工作的保护装置误动作三次谐波引起变压器过热普通变压器消谐波变压器谐波电流在流过变压器时,会造成变压器的损耗增加,从而导致变压器的温度过高。
基于maxwell通过傅里叶变换获取谐波幅值的方法
Maxwell电磁场理论是研究电磁场规律的基础,傅里叶变换则是分析信号频谱的重要工具。
本文介绍一种基于Maxwell电磁场理论,通过傅里叶变换获取谐波幅值的方法。
首先,根据Maxwell方程组,可以得到电磁波的传播方程。
在该方程中,电磁场可以分解为基波和谐波的叠加。
基波是频率最低的分量,而谐波则是频率是基波的整数倍的分量。
因此,如果我们想要获取某一频率的谐波幅值,可以先通过Maxwell方程组求解出该频率对应的电磁场分量,然后再进行傅里叶变换。
具体地,假设我们想要获取第n个谐波的幅值,首先需要将Maxwell方程组中的电磁场分解为基波和谐波两部分。
然后,我们可以用复数形式表示电磁场,即E=E0exp(jωt),其中E0表示复振幅,ω是角频率。
在该形式下,电磁场的傅里叶变换为:
F(ω)=2π∫E0exp(-jωt)dt
根据傅里叶变换的性质,我们可以将上式中的E0表示为:
E0=F(-ωn)+F(ωn)
其中,ωn=2πn/T,T是周期。
因此,我们可以通过求解Maxwell 方程组得到频率为ωn的电磁场分量,然后进行傅里叶变换,就可以得到第n个谐波的幅值了。
需要注意的是,Maxwell方程组的求解需要使用数值计算方法,而且由于实际电磁场中存在噪声干扰等因素,所以傅里叶变换的结果也可能存在误差。
因此,在实际应用中需要进行合理的处理和分析。
在电力系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。
当电流流经负载时,与所加的电压不呈线性关系,就形成非正弦电流,即电路中有谐波产生。
谐波频率是基波频率的整倍数,根据法国数学家傅立叶(M.Fourier)分析原理证明,任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。
谐波是正弦波,每个谐波都具有不同的频率,幅度与相角。
谐波可以区分为偶次与奇次性,第3、5、7次编号的为奇次谐波,而2、4、6、8等为偶次谐波,如基波为50Hz时,2次谐波为l00Hz,3次谐波则是150Hz。
一般地讲,奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。
在平衡的三相系统中,由于对称关系,偶次谐波已经被消除了,只有奇次谐波存在。
对于三相整流负载,出现的谐波电流是6n±1次谐波,例如5、7、11、13、17、19等,变频器主要产生5、7次谐波。
“谐波”一词起源于声学。
有关谐波的数学分析在18世纪和19世纪已经奠定了良好的基础。
傅里叶等人提出的谐波分析方法至今仍被广泛应用。
电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。
当时在德国,由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。
1945年J.C.Read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。
到了50年代和60年代,由于高压直流输电技术的发展,发表了有关变流器引起电力系统谐波问题的大量论文。
70年代以来,由于电力电子技术的飞速发展,各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛,谐波所造成的危害也日趋严重。
世界各国都对谐波问题予以充分和关注。
国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议,不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。
谐波研究的意义,道德是因为谐波的危害十分严重。
谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低,使电气设备过热、产生振动和噪声,并使绝缘老化,使用寿命缩短,甚至发生故障或烧毁。
三次谐波在物理学和电类学科中都有三次谐波的概念f(t)=∑(k=0,n)cos(kwt+ak) 任何一个波函数都可以进行傅里叶分解如上的形式当k=0时的分量f(t)=cos(a0)成为基波分量以此类推当k=3时f(t)=cos(3wt+a3)称为三次谐波三次谐波污染主要存在于低压配电网中,以建筑系统最为严重。
其对电网的危害主要有:功率损耗增加、设备寿命缩短、接地保护功能失常、遥控功能失常、电网过热等;对配电站会造成电子器件误动作、电容器损坏、附加磁场、中性线过载和电缆着火。
文章主要介绍了消除三次谐波的各种方法及性能比较。
关键词三次谐波滤波滤波器1 三次谐波源在电力系统中,正常供电频率是50HZ,所谓“三次谐波”,就是在50HZ的电路中,夹杂有150HZ的交流正弦波,这个150HZ的交流正弦波由于是50HZ的三倍,于是称之为三次谐波。
输电及配电系统规定:在频率恒定情况下,电压和电流均以正弦波波形运行。
然而在非线性负荷接入系统时,产生的附加的谐波电流会引起电流和电压畸变。
产生三次谐波的非线性单相负荷主要有(不考虑暂态及非正常工作状态):(1)荧光灯、节能灯及其镇流器;①市场调查表明,目前国内市场绝大多数的荧光灯电子镇流器三次谐波电流含量高达80%~90%;②高档的电子镇流器三次谐波电流含量分三种标准:标准:其谐波电流含量<37%;标准:其谐波电流含量<30%;带灯丝预热控制的电子镇流器其谐波电流含量<10%。
市场上的商品实际上达不到标准要求;③节能型电感镇流器标准规定<20%,其中三次谐波电流含量占主要成分。
(2)电弧焊接设备(电弧的非线性类负荷);(3)计算机开关型电源及显示器(大型显示屏幕);(4)彩色电视机及监视器,如证券公司、体育场馆、商业中心和新闻中心的电视墙的显示幕墙。
普通型彩色电视机可达127%,三次谐波电流含量高达90%;(5)晶闸管调压电源(如加热器、调光器、电化学电源等);(6)晶闸管调功电源(如加热器、电化学电源等);(7)整流电源(如电器的工作电源、充电器、直流传动及电化学电源等);(8)开关型稳压电源及;(9)变频器①变频的家用电器,如空调、洗衣机、风机、泵、微波炉;②工业及建筑用的调速电动机;③中频电源。
基于转子形状优化设计的三次谐波注入式五相IPMSM气隙磁场优化IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)是一种广泛应用于工业和交通领域的电机类型。
在设计IPMSM时,气隙磁场的优化对于提高电机的性能至关重要。
本文将介绍一种基于转子形状优化设计的三次谐波注入式五相IPMSM气隙磁场优化的方法。
首先,我们需要了解三次谐波注入技术。
在传统的五相永磁同步电机中,气隙磁场是通过磁铁在转子上产生的。
而在三次谐波注入技术中,通过在气隙上注入三次谐波电流,可以显著改善气隙磁场质量。
这样可以减小磁铁对气隙磁场的影响,提高电机的转矩和效率。
接下来,我们需要优化转子形状。
转子的形状对气隙磁场有重要影响。
通过优化转子的形状,我们可以改善气隙磁场的分布和质量。
具体来说,我们可以通过改变转子的极弧宽度、极距以及极对称性等参数来优化转子的形状。
通过数值仿真和优化算法,我们可以确定最佳的转子形状,以实现最优的气隙磁场分布。
最后,我们需要进行气隙磁场优化。
通过将三次谐波注入技术应用于五相IPMSM中,我们可以调节注入的三次谐波电流的幅值和相位,以进一步优化气隙磁场。
具体来说,我们可以通过数值仿真和实验测试来确定最佳的三次谐波注入参数,以实现最佳的气隙磁场质量。
通过以上的优化设计方法,我们可以实现三次谐波注入式五相IPMSM气隙磁场的优化。
优化后的气隙磁场可以显著提高电机的性能,包括提高转矩密度、降低转子损耗和减小转子噪音。
因此,这种优化设计方法在电机工程领域具有重要的应用价值。
总而言之,本文介绍了一种基于转子形状优化设计的三次谐波注入式五相IPMSM气隙磁场优化方法。
通过优化转子形状和调节三次谐波注入参数,可以实现最优的气隙磁场分布和质量,从而提高电机的性能。
这种优化设计方法在电机工程领域具有重要的应用价值,可以推动IPMSM技术的发展。
浅析基于傅立叶变换的谐波检测法摘要:基于傅立叶变换的谐波检测法,在谐波检测、无功补偿和频谱分析方面,均获得较广泛的应用。
它是根据离散傅立叶变换(DFT)过渡到快速傅立叶变换(FFT)的基本原理而构成的.本文对这一检测方法进行了全面的分析,并在此基础上,简单阐述了一些常见的问题,并提出了改进一些改进措施。
关键词:谐波检测傅里叶变换改进措施Abstract: based on the Fourier transform of the harmonic assay, in the harmonic detection, reactive power compensation and spectrum analysis, all get a wide range of applications. It is based on discrete Fourier transform (DFT) transition to fast Fourier transform (FFT), constitute the basic principle of. This paper the detection methods comprehensive analysis, and on this basis, this paper briefly expounds the some common questions, and put forward improving some improvement measures.Keywords: harmonic detection Fourier transform improvement measures1 概述1822年法国数学家傅立叶首次提出并证明了将周期函数展开为正弦级数的原理,从而奠定了傅立叶级数FP(Fourier Progression)和傅立叶变换(Fourier Transformation)的理论基础.1965 年,库利与图基(Cooley,J.W.和Tukey,J.W.)总结并发展了前人的研究成果,提出了一种快速且通用的进行离散傅立叶变换DFT(Discrete Fourier Transformation)的计算方法,称为“快速傅立叶变换(FFT)”。
———耋篓鬻黧翼鬻霆麟——<湖南水利水电>201年第6期欧阳明(长沙电力学院水利水电学院长沙市410015)周腊吾(湖南大学长沙市410082)【摘要】现代感应电机设计中提高磁密导致磁路中三次谐波磁通的增加,这一研究表明三次谐波磁密分布对感应电机损耗的影响。
感应电机各截面的磁通分布相互关联,通常最饱和的截面有扁平形状的磁密分布。
【关键词】三次谐波磁通分布损耗前言随着现代电机设计理论的不断完善和材料工业的迅速发展,现代感应电机设计中有一种趋势——选用较饱和的磁密,进而在磁路中会产生三次谐波磁通,在三角形联接的感应电机中,三次谐波磁通的含量达到基波磁通的18%(空载、饱和条件下)和Il%(满载、饱和条件下)。
文章主要就受三次谐波磁通影响的铁芯损耗和不同气隙形状下的铁芯和杂散损耗进行研究。
l饱和对三次谐波磁通和磁密分布的影响感应电机磁性材料的饱和是一种非线性现象。
图1表明正弦分布的励磁磁势B对应于非正弦磁密分布B,,因此产生了谐波磁通,其中三次谐波磁通是主要分量。
假设铁芯(轭)中不消耗磁势,定转子槽形都很窄,且磁化曲线包括了气隙磁导,那么,不含三次谐波的基波磁密(如图2a所示),初相角与基波同相的三次谐波磁密与基波叠加,就变成了扁平的磁密分布(如图2b所示),初相角与基波反相的三次谐波磁密与基波叠加,就变成了尖峰的磁密分布(如图2c所示)iH.厂一Fj‘图1正弦励磁对应非正弦磁密分布曲线如图3所示,感应电机中,铁芯轭磁密分布是齿磁密分布的积分,而齿磁密分布反可表示为:B,=AICOS(O-o_’t)+A3cos(30-3“)(1)故铁芯轭磁密分布Bj为驴C』撕詈出-c.詈[AlSjn(伊“)+等sjn(30-3∞z)](2)320a)正弦磁密分布曲线w0b)扁平磁密分布曲线1.2c-)尖峰磁密分布曲线图2t℃嚣…分布!子铁芯/\,l◆\/、一/胁夕定子齿■———————————————————————◆:0。
低压配电系统中三次谐波的分析与有源电力滤波器解决方案安科瑞王志彬2019.1【摘要】在非线性电气设备运行中时常会产生谐波电流,若没有得到有效的处理,会直接影响到低压配电系统的运行安全。
本文介绍了低压配电系统谐波电流的危害和现状,结合谐波特点分析了谐波电流对低压配电系统的影响,并提出一些有效的抑制措施。
针对已经投入使用的大型商业广场低压配电系统N线电流异常情况进行评估总结。
结合理论和实测数据分析产生异常的原因,以及带来的危害叙述,并给出解决问题的方法和建议方案。
【关键词】低压配电系统;谐波电流;电容器;抑制措施;三相不平衡;N线电流;三次谐波;有源滤波随着我国社会经济建设步伐的不断加快,科学技术水平得到进一步的提高,开关电源、整流器和变频器等非线性电气设备使用越来越频繁,对供电系统的电能质量要求有所提高。
在非线性电气设备运行过程中势必会产生谐波电流,这不仅影响到配电系统本身的正常运作,而且也会影响到其他电气设备的安全。
谐波电流导致电气设备异常和事故有逐年增长的趋势,已成为了低压配电系统的一大公害。
因此,如何降低谐波对配电系统的危害成为了技术人员急需解决的问题。
本文分析了谐波电流对低压配电系统的影响,寻找有效的抑制措施解决谐波危害,保证配电系统的正常运行。
1.谐波的危害理想的电网提供的电压应该是标准频率和规定的电压幅值。
谐波电流和谐波电压的出现使用电设备所处的环境恶化,对用电设备和通信系统带来了很大的危害,由谐波引起的设备故障不断发生。
2.工厂低压配电系统谐波的现状在工厂中强电、弱电多个系统并存,高压(35kV、6kV)、低压(380V、220V、24V)多种电压等级并存,交流、直流多种供电制并存,所以有效抑制谐波电流创造更好的电磁兼容环境,是保证生产流程正常运转的首要任务。
工厂内存在大量的非线性电气设备,归纳起来有以下几种。
2.1变配电室直流屏在工厂内有变配电室自用电的直流屏、6kV变电所操作系统的直流屏。