由于非正弦周期信號可分解為傅里葉級數(shù),因此線性電路在它的激勵下,根據(jù)疊加原理,其響應為直流信號和一系列正弦穩(wěn)態(tài)響應的疊加,各響應的計算分別用直流和正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析方法進行計算。電工技術的工程計算中,通常將這種分析方法,叫做諧波分析法。其具體步驟如下:
(1)將給定的非正弦信號分解為傅里葉級數(shù),并根據(jù)計算精度要求,取有限項高次諧波。
(2)分別計算直流分量以及各次諧波分量單獨作用時電路的響應,計算方法與直流電路及正弦交流電路的計算方法完全相同。對直流分量,電感元件等于短路,電容元件等于開路。對各次諧波分量可以用相量法進行,但要注意,感抗、容抗與頻率有關。要根據(jù)不同的諧波頻率,分別計算復阻抗。
(3)應用疊加原理,將各次諧波作用下的響應解析式進行疊加。需要注意的是,必須先將各次諧波分量響應寫成瞬時值表達式后才可以疊加,而不能把表示不同頻率的諧波的正弦量的相量進行加減。最后所求響應的解析式是用時間函數(shù)表示的。
例6.3 LC濾波電路如圖6。2所示,已知L=5H,C=10μF,R=2kΩ,外加電壓為
V,f=50HZ。試求:
(1)電阻電壓uR(t);
(2)電壓uR(t)中二次諧波、四次諧波與直流分量的比值。

圖6.2例6.3圖


通過上述例題表明,交流分量的響應所占的比例甚小,諧波次數(shù)越高,響應分量的比例越小。同時,要充分注意到電容元件和電感元件對不同次諧波的作用。電感元件對高次諧波有著較強的抑制作用,而電容元件對高次諧波電流有暢通作用。
應當注意,雖然非正弦波在電信設備中廣泛應用,但在電力系統(tǒng)中,由于發(fā)電機內部結構的原因,輸出能量除基波能量以外,還有高次諧波能量。高次諧波會給整個系統(tǒng)帶來極大的危害,如使電能質量降低,損壞電力電容器、電纜、電動機等,增加線路損耗。因此,要想辦法消除高次諧波分量。
