電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版） 課件 項(xiàng)目七 認(rèn)識非正弦周期電路

電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）項(xiàng)目七認(rèn)識三相正弦交流電路在日常生活和實(shí)際生產(chǎn)中，除直流電路、正弦交流電路以外，在電子技術(shù)、自動化控制和計(jì)算機(jī)方面都需要用到一些非正弦周期信號，如脈沖信號和鋸齒波信號等。那么，非正弦周期信號有什么特點(diǎn)？它是怎樣產(chǎn)生的呢？在本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)中，我們將一找到答案。任務(wù)一認(rèn)識非正弦周期信號任務(wù)二非正弦周期信號的諧波分析項(xiàng)目評價項(xiàng)目小結(jié)思考與練習(xí)任務(wù)一認(rèn)識非正弦周期信號電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///任務(wù)分析通過前面的學(xué)習(xí)，我們知道正弦交流電是隨時間按照正弦函數(shù)規(guī)律變化的正弦信號，那么非正弦周期信號是什么樣的呢？它又是如何產(chǎn)生的？在電路中起到什么作用？通過本任務(wù)的學(xué)習(xí)，我們需要認(rèn)識和了解非正弦周期信號。一、非正弦周期信號的產(chǎn)生相關(guān)知識通常，我們把隨時間按非正弦規(guī)律變化的周期性電壓和電流稱為非正弦周期信號。常見的非正弦周期信號波形圖見表7-1。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///不同的電路能夠產(chǎn)生不同的非正弦周期信號。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///1．方波的產(chǎn)生圖7-1（a）所示為方波發(fā)生器原理圖，方波發(fā)生器是一種能夠直接產(chǎn)生方波的非正弦波發(fā)生器。圖7-1（b）為輸出的方波波形圖。圖7-1方波發(fā)生器（a）原理圖

（b）波形圖電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///2．鋸齒波的產(chǎn)生如圖7-2（a）所示為產(chǎn)生鋸齒波的RC積分電路原理圖，它能夠?qū)⑤斎氲姆讲úㄐ巫儞Q為鋸齒波輸出。鋸齒波波形圖如圖7-2（b）所示。圖7-2鋸齒波的產(chǎn)生電路（a）原理圖

（b）波形圖電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///3．尖頂波的產(chǎn)生如圖7-3（a）所示為產(chǎn)生尖頂波的RC微分電路原理圖，它能夠?qū)⑤斎氲姆讲úㄐ巫儞Q為尖頂波輸出。尖頂波波形圖如圖7-3（b）所示。圖7-3尖頂波的產(chǎn)生電路（a）原理圖

（b）波形圖電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///4．半波整流波的產(chǎn)生如圖7-4（a）所示為半波整流波的電路原理圖，它能夠?qū)⑤斎氲恼也úㄐ巫儞Q為半波輸出。半波整流波波形圖如圖7-4（b）所示。圖7-4半波整流波的產(chǎn)生電路（a）原理圖

（b）波形圖電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///5．全波整流波的產(chǎn)生如圖7-5（a）所示為全波整流波電路原理圖，它能夠?qū)⑤斎氲恼也ㄐ巫儞Q為全波輸出。波形圖如圖7-5（b）所示。從以上非正弦周期信號的產(chǎn)生可以看出：如果電路中存在非線性元件，那么，當(dāng)輸入信號是正弦信號時，輸出也會產(chǎn)生非正弦周期信號，如半波和全波整流波的產(chǎn)生電路。圖7-5全波整流波的產(chǎn)生電路（a）原理圖

（b）波形圖電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///利用示波器觀察非正弦周期信號常用的信號發(fā)生器除能夠輸出正弦波信號以外，還可以輸出三角波、方波等非正弦周期信號，利用信號發(fā)生器輸出非正弦周期信號，通過示波器進(jìn)行顯示，在示波器上觀察非正弦周期信號的特點(diǎn)。1．技能訓(xùn)練設(shè)備（1）信號發(fā)生器；（2）雙蹤示波器。2．技能訓(xùn)練步驟（1）調(diào)節(jié)信號發(fā)生器，產(chǎn)生1kHz方波信號。（2）調(diào)節(jié)示波器，將信號發(fā)生器中產(chǎn)生的方波信號輸入到示波器中，通過示波器觀察方波信號。（3）調(diào)節(jié)信號發(fā)生器，產(chǎn)生1kHz的三角波信號，然后通過示波器進(jìn)行觀察。（4）調(diào)節(jié)信號發(fā)生器，產(chǎn)生1kHz的矩形波信號，然后通過示波器進(jìn)行觀察。3．技能訓(xùn)練記錄畫出從示波器中觀察到的方波信號、三角波信號及矩形波信號。技能訓(xùn)練任務(wù)二非正弦周期信號的諧波分析電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///任務(wù)分析一個非正弦波的周期信號，可以看作是由一些不同頻率的正弦波信號疊加的結(jié)果，這一過程稱為諧波分析。通過本任務(wù)的學(xué)習(xí)，了解非正弦電路的諧波分析方法。相關(guān)知識一、非正弦周期信號的分解如圖7-6所示的周期性方波電壓，可以看作一系列大小不同、頻率成整數(shù)倍的正弦波的合成波。也就是說，一個非正弦周期信號同樣可以分解成幾個不同頻率的正弦信號。以圖7-6（a）（b）所示方波中的一個周期為例，合成波的效果圖如圖7-6所示。其中圖7-6（a）為基波與3次諧波的合成波，圖7-6（b）為5次諧波與13次諧波的合成波。如果再疊加7次諧波、9次諧波等直到疊加無窮多個，最后的疊加結(jié)果就越接近周期性方波電壓的波形。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///（a）基波與3次諧波的合成波形圖（b）5次諧波與13次諧波的合成波形圖圖7-6方波分析圖電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///二、非正弦周期信號的諧波分析1．諧波分量如果用公式來表達(dá)非正弦周期信號的分解，則常見非正弦周期信號的一般展開式為組成非正弦波的每個正弦成分，稱為非正弦波一個諧波分量，我們將角頻率為ω、2ω、3ω…的諧波分量分別稱為1次諧波（又稱基波）、2次諧波、3次諧波等。因此，在上式中：

為0次諧波，

為基波，

為2次諧波，

為K次諧波。2．諧波的分類組成非正弦波的諧波成分雖然有基波、1次諧波、2次諧波等，但具體到某個非正弦周期信號，在經(jīng)過分解后得到的高次諧波中，并非每個諧波分量都有，諧波按照頻率不同可分為兩大類。奇次諧波：是指非正弦周期波頻率的倍數(shù)K為奇數(shù)的諧波。偶次諧波：是指非正弦周期波頻率的倍數(shù)K為偶數(shù)的諧波。把2次以上的諧波稱為高次諧波。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///3．諧波分析法以線性電路的疊加定律為理論基礎(chǔ)，把非正弦周期電路的分析和計(jì)算轉(zhuǎn)化為不同頻率的諧波分量來進(jìn)行計(jì)算，就是諧波分析，諧波分析電路如圖7-7所示。將非正弦電源信號us分解為不同的諧波分量us1、us2、us3、…、usn，然后由諧波分量單獨(dú)作用于線性電路，計(jì)算出各電路的電流值，最后把結(jié)果做線性疊加。圖7-7諧波分析電路電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///三、諧波的危害和抑制“諧波”一詞起源于聲學(xué)。有關(guān)諧波的數(shù)學(xué)分析在18世紀(jì)和19世紀(jì)已經(jīng)奠定了良好的基礎(chǔ)。傅里葉等人提出的諧波分析方法至今仍被廣泛使用。諧波對公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)的危害有以下幾個方面：（1）諧波使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率，大量的3次諧波流過中線時會使線路過熱甚至發(fā)生火災(zāi)。（2）諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作。諧波對電機(jī)的影響除引起附加損耗以外，還會產(chǎn)生機(jī)械振動、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴(yán)重過熱。諧波使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以致?lián)p壞。（3）諧波會引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)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(yán)重事故。（4）諧波會導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動裝置的誤動作，并會使電氣測量儀表計(jì)量不準(zhǔn)確。（5）諧波會對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量；重者導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///項(xiàng)目評價標(biāo)準(zhǔn)見表7-3。項(xiàng)目評價表7-3項(xiàng)目評價標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目評價分值評分細(xì)則評分備注描述非正弦周期信號10不能正確描述非正弦周期信號特點(diǎn)，每處扣3分

設(shè)置信號發(fā)生器及示波器，觀察波形30（1）不按步驟進(jìn)行操作，每處扣3分；（2）損壞示波器、信號發(fā)生器，扣20分

實(shí)訓(xùn)記錄20不按照要求畫出觀察波形圖，每個扣10分

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///項(xiàng)目評價分值評分細(xì)則評分備注實(shí)訓(xùn)后整理20（1）實(shí)訓(xùn)結(jié)束應(yīng)及時整理實(shí)訓(xùn)器材，清潔實(shí)訓(xùn)崗位和場所；（2）認(rèn)真完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告，不符合要求每處扣5分

安全文明操作20（1）工作臺上工具排放整齊，嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程，符合“7S”管理要求；（2）能保證工作場所器材與人身安全，會應(yīng)用防護(hù)基本技能，不符合要求，每處扣3～5分

合計(jì)100

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///本項(xiàng)目主要討論了非正弦交流電的基本概念、產(chǎn)生及其特點(diǎn)，通過示波器觀察非正弦周期信號，利用諧波分析法對非正弦周期信號進(jìn)行分析，根據(jù)其分析結(jié)果，對諧波進(jìn)行不同形式的抑制，減小對公用電網(wǎng)及用電設(shè)備的危害。1．非正弦周期信號是指隨時間變化按非正弦規(guī)律變化的周期性電壓和電流。2．非正弦周期信號可由信號發(fā)生器直接產(chǎn)生，也可通過整流電路產(chǎn)生。3．非正弦周期信號可以看作是由一些不同頻率的正弦波信號疊加的結(jié)果，這一過程稱為諧波分析。組成非正弦波的諧波成分按照頻率不同可分為兩大類：奇次諧波和偶次諧波。奇次諧波是指非正弦周期波頻率的倍數(shù)K為奇數(shù)的諧波。偶次諧波是指非正弦周期波頻率的倍數(shù)K為偶數(shù)的諧波。項(xiàng)目小結(jié)電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///4．諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，對公用電網(wǎng)是一種污染，它使用電設(shè)備所處的環(huán)境惡化，使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，造成用電設(shè)備的損毀，還會引起繼電保護(hù)和自動裝置誤動作，使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂。對于電力系統(tǒng)外部，諧波對通信設(shè)備和電子設(shè)備會產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。所以，我們通常通過補(bǔ)償裝置或?qū)﹄娏﹄娮釉O(shè)備本身進(jìn)行改造，以減小諧波的產(chǎn)生。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///一、填空題1．非正弦周期信號是指_______________