电工技术基础与技能（第2版） 课件 项目七 认识非正弦周期电路

电工技术基础与技能（第2版）项目七认识三相正弦交流电路在日常生活和实际生产中，除直流电路、正弦交流电路以外，在电子技术、自动化控制和计算机方面都需要用到一些非正弦周期信号，如脉冲信号和锯齿波信号等。那么，非正弦周期信号有什么特点？它是怎样产生的呢？在本项目的学习中，我们将一找到答案。任务一认识非正弦周期信号任务二非正弦周期信号的谐波分析项目评价项目小结思考与练习任务一认识非正弦周期信号电工技术基础与技能（第2版）

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///任务分析通过前面的学习，我们知道正弦交流电是随时间按照正弦函数规律变化的正弦信号，那么非正弦周期信号是什么样的呢？它又是如何产生的？在电路中起到什么作用？通过本任务的学习，我们需要认识和了解非正弦周期信号。一、非正弦周期信号的产生相关知识通常，我们把随时间按非正弦规律变化的周期性电压和电流称为非正弦周期信号。常见的非正弦周期信号波形图见表7-1。电工技术基础与技能（第2版）

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///不同的电路能够产生不同的非正弦周期信号。电工技术基础与技能（第2版）

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///1．方波的产生图7-1（a）所示为方波发生器原理图，方波发生器是一种能够直接产生方波的非正弦波发生器。图7-1（b）为输出的方波波形图。图7-1方波发生器（a）原理图

（b）波形图电工技术基础与技能（第2版）

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///2．锯齿波的产生如图7-2（a）所示为产生锯齿波的RC积分电路原理图，它能够将输入的方波波形变换为锯齿波输出。锯齿波波形图如图7-2（b）所示。图7-2锯齿波的产生电路（a）原理图

（b）波形图电工技术基础与技能（第2版）

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///3．尖顶波的产生如图7-3（a）所示为产生尖顶波的RC微分电路原理图，它能够将输入的方波波形变换为尖顶波输出。尖顶波波形图如图7-3（b）所示。图7-3尖顶波的产生电路（a）原理图

（b）波形图电工技术基础与技能（第2版）

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///4．半波整流波的产生如图7-4（a）所示为半波整流波的电路原理图，它能够将输入的正弦波波形变换为半波输出。半波整流波波形图如图7-4（b）所示。图7-4半波整流波的产生电路（a）原理图

（b）波形图电工技术基础与技能（第2版）

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///5．全波整流波的产生如图7-5（a）所示为全波整流波电路原理图，它能够将输入的正弦波形变换为全波输出。波形图如图7-5（b）所示。从以上非正弦周期信号的产生可以看出：如果电路中存在非线性元件，那么，当输入信号是正弦信号时，输出也会产生非正弦周期信号，如半波和全波整流波的产生电路。图7-5全波整流波的产生电路（a）原理图

（b）波形图电工技术基础与技能（第2版）

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///利用示波器观察非正弦周期信号常用的信号发生器除能够输出正弦波信号以外，还可以输出三角波、方波等非正弦周期信号，利用信号发生器输出非正弦周期信号，通过示波器进行显示，在示波器上观察非正弦周期信号的特点。1．技能训练设备（1）信号发生器；（2）双踪示波器。2．技能训练步骤（1）调节信号发生器，产生1kHz方波信号。（2）调节示波器，将信号发生器中产生的方波信号输入到示波器中，通过示波器观察方波信号。（3）调节信号发生器，产生1kHz的三角波信号，然后通过示波器进行观察。（4）调节信号发生器，产生1kHz的矩形波信号，然后通过示波器进行观察。3．技能训练记录画出从示波器中观察到的方波信号、三角波信号及矩形波信号。技能训练任务二非正弦周期信号的谐波分析电工技术基础与技能（第2版）

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///任务分析一个非正弦波的周期信号，可以看作是由一些不同频率的正弦波信号叠加的结果，这一过程称为谐波分析。通过本任务的学习，了解非正弦电路的谐波分析方法。相关知识一、非正弦周期信号的分解如图7-6所示的周期性方波电压，可以看作一系列大小不同、频率成整数倍的正弦波的合成波。也就是说，一个非正弦周期信号同样可以分解成几个不同频率的正弦信号。以图7-6（a）（b）所示方波中的一个周期为例，合成波的效果图如图7-6所示。其中图7-6（a）为基波与3次谐波的合成波，图7-6（b）为5次谐波与13次谐波的合成波。如果再叠加7次谐波、9次谐波等直到叠加无穷多个，最后的叠加结果就越接近周期性方波电压的波形。电工技术基础与技能（第2版）

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///（a）基波与3次谐波的合成波形图（b）5次谐波与13次谐波的合成波形图图7-6方波分析图电工技术基础与技能（第2版）

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///二、非正弦周期信号的谐波分析1．谐波分量如果用公式来表达非正弦周期信号的分解，则常见非正弦周期信号的一般展开式为组成非正弦波的每个正弦成分，称为非正弦波一个谐波分量，我们将角频率为ω、2ω、3ω…的谐波分量分别称为1次谐波（又称基波）、2次谐波、3次谐波等。因此，在上式中：

为0次谐波，

为基波，

为2次谐波，

为K次谐波。2．谐波的分类组成非正弦波的谐波成分虽然有基波、1次谐波、2次谐波等，但具体到某个非正弦周期信号，在经过分解后得到的高次谐波中，并非每个谐波分量都有，谐波按照频率不同可分为两大类。奇次谐波：是指非正弦周期波频率的倍数K为奇数的谐波。偶次谐波：是指非正弦周期波频率的倍数K为偶数的谐波。把2次以上的谐波称为高次谐波。电工技术基础与技能（第2版）

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///3．谐波分析法以线性电路的叠加定律为理论基础，把非正弦周期电路的分析和计算转化为不同频率的谐波分量来进行计算，就是谐波分析，谐波分析电路如图7-7所示。将非正弦电源信号us分解为不同的谐波分量us1、us2、us3、…、usn，然后由谐波分量单独作用于线性电路，计算出各电路的电流值，最后把结果做线性叠加。图7-7谐波分析电路电工技术基础与技能（第2版）

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///三、谐波的危害和抑制“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使用。谐波对公用电网和其他系统的危害有以下几个方面：（1）谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中线时会使线路过热甚至发生火灾。（2）谐波影响各种电气设备的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗以外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以致损坏。（3）谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起严重事故。（4）谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确。（5）谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者导致数据丢失，使通信系统无法正常工作。电工技术基础与技能（第2版）

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///项目评价标准见表7-3。项目评价表7-3项目评价标准项目评价分值评分细则评分备注描述非正弦周期信号10不能正确描述非正弦周期信号特点，每处扣3分

设置信号发生器及示波器，观察波形30（1）不按步骤进行操作，每处扣3分；（2）损坏示波器、信号发生器，扣20分

实训记录20不按照要求画出观察波形图，每个扣10分

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///项目评价分值评分细则评分备注实训后整理20（1）实训结束应及时整理实训器材，清洁实训岗位和场所；（2）认真完成实训报告，不符合要求每处扣5分

安全文明操作20（1）工作台上工具排放整齐，严格遵守安全操作规程，符合“7S”管理要求；（2）能保证工作场所器材与人身安全，会应用防护基本技能，不符合要求，每处扣3～5分

合计100

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///本项目主要讨论了非正弦交流电的基本概念、产生及其特点，通过示波器观察非正弦周期信号，利用谐波分析法对非正弦周期信号进行分析，根据其分析结果，对谐波进行不同形式的抑制，减小对公用电网及用电设备的危害。1．非正弦周期信号是指随时间变化按非正弦规律变化的周期性电压和电流。2．非正弦周期信号可由信号发生器直接产生，也可通过整流电路产生。3．非正弦周期信号可以看作是由一些不同频率的正弦波信号叠加的结果，这一过程称为谐波分析。组成非正弦波的谐波成分按照频率不同可分为两大类：奇次谐波和偶次谐波。奇次谐波是指非正弦周期波频率的倍数K为奇数的谐波。偶次谐波是指非正弦周期波频率的倍数K为偶数的谐波。项目小结电工技术基础与技能（第2版）

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///4．谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，使电能的生产、传输和利用的效率降低，造成用电设备的损毁，还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。所以，我们通常通过补偿装置或对电力电子设备本身进行改造，以减小谐波的产生。电工技术基础与技能（第2版）

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///一、填空题1．非正弦周期信号是指_______________