5次谐波对变压器的影响
本帖最后由 zengxiaodong 于 2025-9-17 20:43 编辑并网逆变器配套的三相心式隔离变压器，采用D/Y-11接法，额定容量20kVA
为了尽可能减小空载损耗，硅钢片采用了0.3mm的，并且应该是设计磁密偏低。
现在碰到了几个问题：
1、合闸涌流非常大，只要一合闸就发现日光灯闪一下，示波器实测峰值电流高达250A，但仅持续5.88ms一个脉冲；
黄色的就是电流波形
2、空载电压波形不正常，接上电网后，另一侧用万用表测量475V，理应得到整流后直流电压671伏，但实际直流电压高达713伏，超出了逆变器的工作范围。
为此用示波器测量了电压波形，发现呈现尖顶波形，这是导致万用表（有效值）测量不准确的根源。
这是实测的电压波形，进行了FFT分析，结果如下图。
本帖最后由 zengxiaodong 于 2025-9-18 07:28 编辑
3、同时也实测了电网电压波形、以及FFT结果如下：
4、为了搞清楚问题所在，空载情况下对调了变压器的输入/输出端，发现在同样的电网电压波形下，另一侧的电压波形都是一模一样的尖顶波形。
5、从FFT结果可见，应该是5次谐波导致的尖顶现象，3次谐波、9次谐波、15次谐波.....都很小，这与D/Y绕组连接方式是吻合的。
6、电网电压波形是平顶波，FFT结果表明其中也是含有明显的5次谐波，这是不是导致副边尖顶波的根源？
本帖最后由 zengxiaodong 于 2025-9-17 21:15 编辑
电网电压及其经变压器变压后的电压，一个是平顶波、一个是尖顶波，对2者进行FFT分析，发现都是含有明显的5次谐波。
但是电网电压的平顶是由于基波、5次谐波的正负波峰重合（基本重合），而尖顶波是由于基波、5次谐波的正正波峰重合（基本重合）导致的，这可以根据相位信息来加以验证。
方法如下：
对于电网平顶波：基波相位-50.9、而5次谐波相位-441.5
根据时延与相位的关系，-50.9*5=-254.5
那么5次谐波的相位进行分解：-441.5=-254.5-187
这个187几乎就等于180°，参考下图，显然是正负波峰重合的。
对于变压出的尖顶波：基波相位-80.8、而5次谐波相位-51.1
根据时延与相位的关系，-80.8*5=-404
那么5次谐波的相位进行分解：-51.1=-404+352.9
这个352.9几乎等于360°了，所以基波、5次谐波的正波峰互相重合，导致了尖顶波的产生！ 你的问题是？ 本帖最后由 zengxiaodong 于 2025-9-17 21:45 编辑
标准答案 发表于 2025-9-17 21:40
你的问题是？
我的问题是，尖顶波是如何产生的？
按道理D/Y连接变压器应该是波形很好的，但为什么却产生了严重的尖顶波呢？这是由于电网的原因导致的还是变压器本身存在某个问题导致的？ 本帖最后由 zengxiaodong 于 2025-9-21 20:40 编辑
《电机学》教科书花了很多笔墨，论述3次谐波，而对于5、7次谐波关注很少。
实际上电力系统之所以采用3相供电，恰恰是因为3相系统可以大幅度削弱甚至消除3次谐波（及其倍数次谐波），至少这也是很诱人的优点之一！
3相系统的线圈无论是Y接法还是▲接法，都可以有效抵消3次及其倍数次的谐波电压：
1、Y接法如果不接中性线的话，3次及其倍数次的谐波电流也无法流通；
2、▲接法虽然可以流通3次谐波电流，但这个环流实际上形成内部短路，所以对外也就不能输出电压。
对于3相3柱的磁路系统而言，3次及其倍数谐波磁通也是无法流通的（至少是磁阻很大），因此，也就可以极大削弱3次及其倍数次磁通所感应出来的电压。
综上所述，3相的电路系统、磁路系统都非常有利于削弱3次及其倍数次谐波（电压、电流、磁通），所以，影响最大的应该就是5次谐波！ 本帖最后由 zengxiaodong 于 2025-9-21 21:10 编辑
各次谐波的相序（转向），是《电机学》中的基础知识，结论那就是5次谐波的相序与基波相反。
下面来证明，相电压中的5次谐波，会在线电压中变成反相位：也就是平顶波会变成尖顶波，反之亦然，尖顶波则会变成平顶波。
各相的相电压
A相：Sin(wt)+sin(5wt)
B相：Sin (wt+120)+sin(5wt-120)C相：Sin (wt-120)+sin(5wt+120)
为了方便起见，上述不考虑幅度的具体相对占比，这不影响证明的结果。
那么AB间的线电压就是进行相减运算
Sin(wt)-sin(wt+120)+sin(5wt)-sin(5wt-120)=2cos(wt+60)*sin(-60)+2cos(5wt-60)*sin(60)=1.732*[-cos(wt+60)+cos(5wt-60)]=1.732*=1.732*=1.732*30)+sin(5wt-150+180)]
这就从数学上证明了，相电压中与基波波峰重合的5次谐波（尖顶波），在线电压中则变成了与基波正负波峰重合（平顶波）
线电压还产生了30°的相移，这就是11点钟的由来。
本帖最后由 zengxiaodong 于 2025-9-22 21:39 编辑
本贴2楼中提到的第4条
这是我向变压器厂商反映问题后，所给出的第一个建议，当然我也觉得很有必要尝试一下，因此第一时间进行了测试。
也就是说，无论电网接到Y侧，还是▲侧，另一侧输出的波形始终都是尖顶波。这个实测结果可以由楼上的证明结论完美解释！
1、因为电网线电压是平顶波，因此我们可以得到结论：电网相电压一定是尖顶波；
2、当电网接到变压器▲侧时，变压器原边相电压（等于线电压）就是平顶波，那么Y侧（副边）的相电压也是平顶波，从而Y侧线电压必然是尖顶波；
3、当电网接到变压器Y侧时，变压器原边相电压就是尖顶波，那么▲侧（副边）的相电压（等于线电压）也是尖顶波。
这就是说D/Y（或者Y/D）连接方式的3相变压器，总是会使得5次谐波反相位！
本帖最后由 zengxiaodong 于 2025-9-22 22:11 编辑
根据上述的理论分析结果，我们进行了补充测试。
测试方式：
将电网（含中性线）接到Y侧，而副边▲侧三个线圈不互联（也就是线圈无任何电流），同时测试Y侧的A相相电压、BC间的线电压、A相的相电流。
果不其然，电网系统的相电压是尖顶波，这是导致变压器输出电压为尖顶波的根源！
显然，该电网系统存在严重的5次谐波污染，污染源头待查。
同时，对相电流进行了FFT分析，发现3次谐波、9次谐波含量极多。
本帖最后由 zengxiaodong 于 2025-9-23 21:32 编辑
原边Y侧相电流3次、9次谐波含量很高的原因可以解释。
那就是电网相电压中，总是含有一定量的3次、9次谐波，而3相3柱变压器的磁路系统，是无法通过3次谐波磁通的（磁阻很大），这也就意味着3次谐波的电感（感抗）很小，相对于3次、9次谐波电压而言近乎短路！
反之，5次、7次、11次、13次......谐波的电感很大（因为铁心磁路磁阻很小），从而这些次数的谐波电流反而不大。
理论上而言，完全对称的电网电压，则中性线中流过的电流将仅含有3次及其倍数次的谐波电流，实测中性线电流波形如下（HIOKI电流传感器，10mV/A）：
对楼上中性线的实测电流进行FFT分析，果然3次、9次谐波电流比较大。
但是基波、5次、7次、11次、13次......谐波也有，这是因为3相系统不可能完全对称所致。
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