Несинусоидальность напряжения
Несинусоидальность напряжения - искажение синусоидальной формы кривой напряжения.
Электроприёмники с нелинейной вольтамперной характеристикой потребляют ток, форма кривой которого отличается от синусоидальной. А протекание такого тока по элементам электрической сети создаёт на них падение напряжения, отличное от синусоидального, это и является причиной искажения синусоидальной формы кривой напряжения.
Например, полупроводниковые преобразователи потребляют ток трапециевидной формы, образно говоря - выхватывают из синусоиды кусочки прямоугольной формы.
Источниками несинусоидальности напряжения являются: статические преобразователи, дуговые сталеплавильные и индукционные печи, трансформаторы, синхронные двигатели, сварочные установки, газоразрядные осветительные и бытовые приборы и так далее.
Строго говоря, все потребители, кроме ламп накаливания имеют нелинейную вольтамперную характеристику.
| Несинусоидальные кривые можно рассматривать как сложные гармонические колебания, состоящие из совокупности простых гармонических колебаний различных частот. Функцию, описывающую несинусоидальную кривую напряжения, можно разложить в ряд Фурье синусоидальных (гармонических) составляющих, с частотой в n-раз превышающих частоту сети электроснабжения - частоту первой гармоники (f n=1 = 50 Гц, f n=2 = 100 Гц, f n=3 = 150 Гц ...). | 
Рис. 2.3 Напряжение на зажимах нагрузки с вентильным преобразователем.
|
В связи с различными особенностями генерации, распространения по сетям и влияния на работу оборудования, различают чётные и нечётные гармонические составляющие, а также составляющие прямой последовательности (1, 4, 7 и т.д.), обратной последовательности (2, 5, 8 и т.д.) и нулевой последовательности (гармоники кратные трём).
С повышением частоты (номера гармонической составляющей) амплитуда гармоники снижается.
ГОСТ 13109-97 требует оценивать весь ряд гармонических составляющих от 2-й до 40-й включительно.
Амплитуды и фазы высших гармоник токов зависят от углов коммутации и регулирования преобразователей. При ориентировочных расчётах можно пренебречь углом коммутации, и оценку высших гармоник приблизительно можно определить как :
. (2.10)
В амплитудных спектрах первичных токов могут присутствовать как канонические гармоники (5, 7, 11…), так и неканонические или анормальные (2, 3, 4, 6, 8…). Основной причиной анормальных гармоник является ассиметрия импульсов управления. Влияние анормальных гармоник на гармонический состав невелико и обычно учитывается с помощью поправочного коэффициента.
Всякую периодическую функцию можно представить тригонометрическим рядом Фурье:
, (2.11)
где А0 – постоянная составляющая, ν – номер гармоники, aν, bν - коэффициенты ряда Фурье.
При ν=1 определяется гармоника, называемая основной. Остальные члены ряда называются высшими гармониками.
Коэффициенты ряда Фурье определяются по формулам:
(2.12)
(2.13)
Амплитуда ν-ой гармоники 
,
а её начальная фаза 
(2.14)
Степень несинусоидальности напряжения сети обычно характеризуют коэффициентом несинусоидальности напряжения, который представляет отношение действующего значения напряжений высших гармоник к напряжению первой гармоники:
, (2.15)
где Uν , U1 – действующие значения напряжений ν-ой и 1-ой гармоник.