为什么说只有基频分量才能提供有用的功率?

电器工程 力量 交流 谐波
2022-01-01 10:48:39

在大多数书籍中,都说交流线路中的谐波含量不会传输功率(只有基频会),但没有任何解释。这似乎很直观,但为什么会这样呢?

编辑:在电力的背景下,我想象一个失真的电流波形和一个正弦波电压。

4个回答

这是一个过于笼统的说法。显然,对于阻性负载,所有频率都传输功率。

这实际上是关于旋转机械(电机和发电机)的声明。对于这些设备,在基频以外的频率上的能量可能会阻碍正在完​​成的工作,也可能会帮助它。此外,高频能量通常以不需要的涡流等形式浪费掉。

只有当电流被负载扭曲而不是由于交流线路电压波形的扭曲时,这才是正确的。

如果你将两个不同频率的正弦波的瞬时值逐点相乘,你会得到一个平均值为零的波形。您在某些时间间隔内具有正功率,而在其他时间间隔内具有负功率。这表明能量来回传递,而不是从源转移到负载。

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如果交流线电压失真,谐波功率会被传输,但它可能不是有用的功率。在交流电机中,谐波电流会试图使电机以与基波相冲突的更高速度运行。一些谐波会试图以相反的方向驱动电机。结果,所有传输的净谐波功率都以热量、噪音和振动的形式损失掉。一些谐波功率将在源和负载之间循环,就像无功波塞循环一样。

谐波功率在它引起加热的范围内是有用的,而加热是所需的功率使用。谐波功率有可能在通用电机中有用。它在整流和过滤时也可能有用。虽然某些传输的权力可以说是有用的,但不良影响会超过有用性。

从正弦波网格来看,这是正确的,因为谐波是由任何“非线性设备”引起的。

例如,由峰值励磁电压控制的部分磁芯饱和。

然而,该声明与具有方波源额定 V-rms 的廉价逆变器相矛盾。该电压波形中的谐波可以在电阻负载中产生相同的功率。但是谐波会增加电机的涡流损耗,因此效率较低。

因此,如果您了解谐波的来源和负载阻抗,您就可以了解该规则的例外情况主要是电阻性的电加热器可以使用正弦波或方波源。

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实际(使用)功率和无功(存储)功率之间的唯一区别是电流相对于电压的 90 度相移分量,无论它是基波还是谐波。

这是真的,因为电压是正弦的,并且

sin(a).sin(b) = 1/2(cos(ab)+cos(a+b))

并且仅在 a=b 的情况下,结果的平均值不为零。

所以所有谐波都会给出对实际功率没有影响的结果