電動汽車諧波分析

① 電力諧波的諧波研究

「諧波」一詞起源於聲學。有關諧波的數學分析在18世紀和19世紀已經奠定了良好的基礎。傅里葉等人提出的諧波分析方法至今仍被廣泛應用。電力系統的諧波問題早在20世紀20年代和30年代就引起了人們的注意。當時在德國，由於使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。1945年J.C.Read發表的有關變流器諧波的論文是早期有關諧波研究的經典論文。
到了50年代和60年代，由於高壓直流輸電技術的發展，發表了有關變流器引起電力系統諧波問題的大量論文。70年代以來，由於電力電子技術的飛速發展，各種電力電子裝置在電力系統、工業、交通及家庭中的應用日益廣泛，諧波所造成的危害也日趨嚴重。世界各國都對諧波問題予以充分和關注。國際上召開了多次有關諧波問題的學術會議，不少國家和國際學術組織都制定了限制電力系統諧波和用電設備諧波的標准和規定。 為解決電力電子裝置和其他諧波源的諧波污染問題，基本思路有兩條：一條是裝設諧波補償裝置來補償諧波，這對各種諧波源都是適用的；另一條是對電力電子裝置本身進行改造，使其不產生諧波，且功率因數可控制為1，這當然只適用於作為主要諧波源的電力電子裝置。
裝設諧波補償裝置的傳統方法就是採用LC調諧濾波器。這種方法既可補償諧波，又可補償無功功率，而且結構簡單，一直被廣泛使用。這種方法的主要缺點是補償特性受電網阻抗和運行狀態影響，易和系統發生並聯諧振，導致諧波放大，使LC濾波器過載甚至燒毀。此外，它只能補償固定頻率的諧波，補償效果也不甚理想。 人們對有功功率的理解非常容易，而要深刻認識無功功率卻並不是輕而易舉的。在正弦電路中，無功功率的概念是清楚的，而在含有諧波時，至今尚無獲得公認的無功功率定義。但是，對無功功率這一概念的重要性，對無功補償重要性的認識，卻是一致的。無功補償應包含對基波無功功補償和對諧波無功功率的補償。
無功功率對供電系統和負荷的運行都是十分重要的。電力系統網路元件的阻抗主要是電感性的。因此，粗略地說，為了輸送有功功率，就要求送電端和受電端的電壓有一相位差，這在相當寬的范圍內可以實現；而為了輸送無功功率，則要求兩端電壓有一幅值差，這只能在很窄的范圍內實現。不僅大多數網路元件消耗無功功率，大多數負載也需要消耗無功功率。網路元件和負載所需要的無功功率必須從網路中某個地方獲得。顯然，這些無功功率如果都要由發電機提供並經過長距離傳送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法應是在需要消耗無功功率的地方產生無功功率，這就是無功補償。
無功補償的作用主要有以下幾點：
（1） 提高供用電系統及負載的功率因數，降低設備容量，減少功率損耗。
（2） 穩定受電端及電網的電壓，提高供電質量。在長距離輸電線中合適的地點設置動態無功補償裝置還可以改善輸電系統的穩定性，提高輸電能力。
（3） 在電氣化鐵道等三相負載不平衡的場合，通過適當的無功襝可以平衡三相的有功及無功負載。 在工業和生活用電負載中，阻感負載佔有很大的比例。非同步電動機、變壓器、熒光燈等都是典型的阻感負載。非同步電動機和變壓器所消耗的無功功率在電力系統所提供的無功功率中佔有很高的比例。電力系統中的電抗器和架空線等也消耗一些無功功率。阻感負載必須吸收無功功率才能正常工作，這是由其本身的性質所決定的。
電力電子裝置等非線性裝置也要消耗無功功率，特別是各種相控裝置。 如相控整流器、相控交流功率調整電路和周波變流器，在工作時基波電流滯後於電網電壓，要消耗大量的無功功率。另外，這些裝置也會產生大量的諧波電流，諧波源都是要消耗無功功率的。二極體整流電路的基波電流相位和電網電壓相位大致相同，所以基本不消耗基波無功功率。但是它也產生大量的諧波電流，因此也消耗一定的無功功率。
近30年來，電力電子裝置的應用日益廣泛，也使得電力電子裝置成為最大的諧波源。在各種電力電子裝置中，整流裝置所佔的比例最大。常用的整流電路幾乎都採用晶閘管相控整流電路或二極體整流電路，其中以三相橋式和單相橋式整流電路為最多。帶阻感負載的整流電路所產生的諧波污染和功率因數滯後已為人們所熟悉。直流側採用電容濾波的二極體整流電路也是諧波污染源。這種電路輸入電流的基波分量相位與電源電壓相位大體相同，因而基波功率因數接近1。 但其輸入電流的諧波分量卻很大，給電網造成嚴重污染，也使得總的功率因數很低。另外，採用相控方式的交流電力調整電路及周波變流器等電力電子裝置也會在輸入側產生大量的諧波電流。 1.無功功率的影響
（1）無功功率的增加，會導致電流增大和視在功率增加，從而使發電機、變壓器及其他電氣設備容量和導線容量增加。同時，電力用戶的起動及控制設備、測量儀表的尺寸和規格也要加大。
（2）無功功率的增加，使總電流增大，因而使設備及線路的損耗增加，這是顯而易見的。
（3）使線路及變壓器的電壓降增大，如果是沖擊性無功功率負載，還會使電壓產生劇烈波動，使供電質量嚴重降低。
2.諧波的危害
理想的公用電網所提供的電壓應該是單一而固定的頻率以及規定的電壓幅值。諧波電流和諧波電壓的出現，對公用電網是一種污染，它使用電設備所處的環境惡化，也對周圍的能耐電力電子設備廣泛應用以前，人們對諧波及其危害就進行過一些研究，並有一定認識，但那時諧波污染還沒有引起足夠的重視。近三四十年來，各種電力電子裝置的迅速使得公用電網的諧波污染日趨嚴重，由諧波引起的各種故障和事故也不斷發生，諧波危害的嚴重性才引起人們高度的關注。諧波對公用電網和其他系統的危害大致有以下幾個方面。
（1）諧波使公用電網中的元件產生了附加的諧波損耗，降低了發電、輸電及用電設備的效率，大量的3次諧波流過中性線時會使線路過熱甚至發生火災。
（2）諧波影響各種電氣設備的正常工作。 諧波對電機的影響除引起附加損耗外，還會產生機械振動、雜訊和過電壓，使變壓器局部嚴重過熱。諧波使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以至損壞。
（3）諧波會引起公用電網中局部的並聯諧振和串聯諧振，從而使諧波放大，這就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起嚴重事故。
（4）諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作，並會使電氣測量儀表計量不準確。
（5）諧波會對鄰近的通信系統產生干擾，輕者產生雜訊，降低通信質量；重者導致住處丟失，使通信系統無法正常工作。

② 電力系統諧波有哪些來源最為嚴重的諧波來源是哪些

電力諧波主要來自於3 個方面：一是發電質量不高產生諧波；二是輸配電系統產生的諧波；三是用電設備產生的諧波。其中用電設備產生的諧波最多。
（1）發電機由於三相繞組在製作上很難做到絕對對稱，鐵芯也很難作到絕對均勻一致和其他一些原因，發電機多少也會產生一些諧波，但一般來說很少，這種諧波電動勢的頻率和幅值只取決與發電機本身的結構和工作情況，基本與負荷無關。在發電環節，當對發電機的結構和接線採取一些措施後，可以認為發電機供給的是具有基波頻率的正弦波形的電壓。。
（2）輸配電系統中主要是電力變壓器產生諧波，由於變電器鐵芯的飽和，磁化曲線的非線形，加上設計變壓器時考慮經濟性，其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有高次諧波。
（3）用電設備產生的諧波是由於電力系統相連的各種非線形負荷產生的。
諧波的產生主要是來自下列具有非線性特性的電氣設備：
(1)以具有強烈非線性特性的電弧為工作介質的設備，如：氣體放電燈、交流弧焊機、煉鋼電弧爐等，其中煉鋼爐由於加熱原料時燃燒不穩定，引起三相負荷不平衡，產生諧波電流。
(2)以電力電子元件為基礎的開關電源設備，如：各種電力變流設備(整流器、逆變器、變頻器)、相控調速和調壓裝置，大容量的電力晶閘管可控開關設備等，它們大量的用於化工、電氣鐵道，冶金，礦山等工礦企業以及各式各樣的家用電器中。
以上這些非線性電氣設備(或稱之為非線性負荷)在電力系統中應用越來越廣泛，它們可以提高輸電能力、改善電能質量、提高電網運行穩定性，近幾十年來隨著電力電子技術迅速發展，大量的電力電子交變裝置和各種非線形負載的比重不斷增加，引起電力系統中的電流和電壓波形產生畸變。從頻域的角度來看，在這些畸變的電流和電壓波形中，不僅僅包含與供電電源相同頻率的正弦量，而且還出現一系列的頻率為基波整數或分數倍的正弦分量，因為非線性電氣設備從電網取用非正弦電流，也就是說，即使電源給這些負荷供給的是正弦波形的電壓，但由於它們只有其電流不隨著電壓同步變化的非線性的電壓-電流特性，使得流過電網的電流是非正弦波形的，這些波形為非正弦的畸變的分量就是電力諧波。

③ 電力系統中諧波產生的原因

電網諧波主要由發電設備(電源端)、輸配電設備以及電力系統非線性負載等三個方面引起的。

1、電源端產生的諧波。

發電機的三相繞組在製作上很難做到絕對對稱，由於製作工藝影響，其鐵心也很難做到絕對的均勻一致，加上發電機的穩定性等其他一些原因，會產生一些諧波，但一般來說相對較少。

2、輸配電過程產生的諧波。

電力變壓器是輸配電過程中主要的諧波來源，由於變壓器的設計需要考慮經濟性，其鐵心的磁化曲線處於非線性的飽和狀態，使得工作時的磁化電流為尖頂型的波形，因而產生奇次諧波。

較高的變壓器鐵心飽和程度使得其工作點偏離了線性曲線，產生了較大的諧波電流，其奇次諧波電流的比例可以達到變壓器額定電流的0．5%以上。

3、電力設備產生的諧波。

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電力設備產生的諧波：

1、整流晶閘管設備。由於整流晶閘管廣泛應用在開關電源、機電控制、充電裝置等許多方面，給電網帶來了相當多的諧波。據統計，由整流設備引起的諧波將近達到全部諧波的40%，是諧波的一個主要來源。

2、變頻設備。電動機、電梯、水泵、風機等機電設備中常用的變頻設備，因為大部分是相位控制，其諧波成分比較復雜，除了整數次的諧波成分外，還含有一定分數次的諧波成分，變頻設備的功率一般較大，其廣泛應用對電網造成的諧波也越來越多。

3、氣體放電類電光源。氣體放電類電光源如高壓鈉燈、高壓汞燈、熒光燈以及金屬鹵化物燈等，其伏安特性的非線性相當嚴重，有的電光源還具有負伏安特性，這些都會給輸電網帶來奇次諧波成分。

4、家用電器設備。在空調器、冰箱、洗衣機、電風扇等含有繞組的用電設備中，由於不平衡電流的變化也能使電源波形發生改變。另外，計算機、電視機、溫控炊具、調光燈具等，因其具有一定的調壓整流功能，也會產生高次的奇次諧波成分。這些家用電器設備也成為諧波的一個主要來源。

5、其他用電設備。

④ 如何在matlab中進行反電動勢的諧波分析，要求得到各次諧波的幅值

首先把ansoft的數據導出，然後編制一個諧波分析的M文件，把導出的數據調入到你的m文件中進行分析即可。

⑤ 電動汽車的電子系統中諧波監測嗎

有關諧波的數學分析在18世紀和19世紀已經奠定了良好的基礎。傅里葉等人提出的諧波分析方法至今仍被廣泛應用。諧波是一個數學或物理學概念，是指周期函數或周期性的波形中能用常數、與原函數的最小正周期相同的正弦函數和餘弦函數的線性組合表達的部分。
「諧波」一詞起源於聲學。
電力系統的諧波問題早在20世紀20年代和30年代就引起了人們的注意。當時在德國，由於使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。1945年J.C.Read發表的有關變流器諧波的論文是早期有關諧波研究的經典論文。
諧波 (harmonic wave)，從嚴格的意義來講，諧波是指電流中所含有的頻率為基波的整數倍的電量，一般是指對周期性的非正弦電量進行傅里葉級數分解，其餘大於基波頻率的電流產生的電量。從廣義上講，由於交流電網有效分量為工頻單一頻率，因此任何與工頻頻率不同的成分都可以稱之為諧波，這時「諧波」這個詞的意義已經變得與原意有些不符。正是因為廣義的諧波概念，才有了「分數諧波」、「間諧波」、「次諧波」等等說法。

⑥ 諧波過電壓用電力系統怎麼分析

諧波會降低功率因數，引發電動機、變壓器等的出力降低、損耗增加，嚴重時燒毀設備。並可能產生諧波過電壓，損壞設備。
增加電動機、變壓器等的附加損耗，甚至發生機械諧振，損壞設備。
造成繼電保護誤動作 干擾電子系統和電力通訊系統
影響電能計量設備的工作，使計量的准確性變差，導致計量不準，電費計算與收繳出問題

⑦ 電力諧波的現狀淺析

通過對市場的常用用電器的諧波狀況的測試，我們了解到目前我國內工業企業的諧波污染十分嚴重，尤其是早些年為了節能，引入的變頻電源和直流用電器的投入，其5次、7次、11次諧波電流的含量分別占基波的20%、11%、6%，這對於小功率的用戶而言，還不怎樣，但對於大功率的用戶來說，危害就很大了，對於中頻爐用戶，它用常規的無功補償就無法進行，有的用戶用常規的電容器無功補償，無法投入電容器，有的即便投入了，也對5次諧波電流放大了1.8~3.8倍以上，使得電動機、變壓器等用電器的銅損、鐵損大大地增加，縮短了設備的使用壽命，多交了電費。 有源諧波濾除裝置是在無源濾波的基礎上發展起來的，它的濾波效果好，在其額定的無功功率范圍內，濾波效果是百分之百的。它主要是由電力電子元件組成電路，使之產生一個和系統的諧波同頻率、同幅度，但相位相反的諧波電流與系統中的諧波電流抵消。但由於受到電力電子元件耐壓，額定電流的發展限制，成本極高，其製作也較之無源濾波裝置復雜得多，成本也就高得多了。其主要的應用范圍是計算機控制系統的供電系統，尤其是寫字樓的供電系統，工廠的計算機控制供電系統。對單台的裝置而言，其利潤是可觀的，但用戶一般不願意用有源濾波，對於諧波的含量，不必濾得太干凈，只要不危害其他用電器也就可以了。

⑧ 汽車行業諧波問題

焊裝車間點焊機產生激磁電流。 沖壓交流接觸器 電動機。產生諧波3相2次諧波。干擾焊接精度（焊接時間控制）。諧波電流沒具體測量無法計算。可以解決一部分 就是在 輸出電纜上+裝電容進行濾波

⑨ 諧波對於電機有什麼樣的危害

1、對旋轉的電動機而言，諧波電流或諧波電壓在定子繞組、轉子迴路及鐵芯中會產生附加損耗，導致電機的整體能量轉換效率降低。
2、諧波電流能使電機的銅耗增加，所以電機在嚴重的諧波負載下將產生局部過熱、振動和雜訊增大、溫升增加，導致絕緣層老化加速，降低了設備的壽命。
針對諧波，我們可以用功率分析儀或者整合功率分析儀的電機測試系統進行測量分析。