【正文】 、高速度和實(shí)時(shí)性好的方向發(fā)展，現(xiàn)有方檢測(cè)精度高則速度慢，檢測(cè)速度快則精度低或?qū)崟r(shí)性不好。目前，諧波抑制的一個(gè)重要趨勢(shì)是采用有源電力濾波器 (ActivePowerFilterAPF)。大容量變流器減少諧波的主要方法是采用多重化技術(shù)，即將多個(gè)方波疊加，以消除次數(shù)較低的諧波，從而得到接近正弦波的階梯波。對(duì)于電壓型整流器，需要通過電抗器與電源相連。具體內(nèi)容安排如下:在緒論中介紹諧波分析、檢測(cè)和抑制的研究背景、意義、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)時(shí)在德國(guó)，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。電工技術(shù)領(lǐng)域主要研究諧波的發(fā)生、傳輸、測(cè)量、危害及抑制。1 諧波含量所謂諧波含量，就是各次諧波的平方和開方。但在實(shí)際中供電電壓的波形會(huì)由于某些原因而偏離正弦波形，即產(chǎn)生諧波。晶閘管整流裝置采用移相控制，從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，顯然在留下部分中含有大量的諧波。這些家用電器雖然功率較小，但數(shù)量巨大，也是諧波的主要來源之一。2 對(duì)變壓器的影響變壓器在高次諧波電壓的作用下，將產(chǎn)生集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)（相鄰導(dǎo)線流過高頻電流時(shí)，由于磁電作用使電流偏向一邊的特性，稱為“鄰近效應(yīng)”)，在繞組中引起附加銅耗，同時(shí)也使鐵耗相應(yīng)增加，其附加損耗可用下式表示： （）式中：為通過變壓器的K次諧波電流；為變壓器的短路電阻；為考慮集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)影響系數(shù)。其結(jié)果是導(dǎo)線截面內(nèi)流通的電流減少了，而導(dǎo)線外表面的電流密度則增大了，從而使導(dǎo)線的溫度升高。二、對(duì)測(cè)量表計(jì)的影響 1 對(duì)電壓表的影響研究各種電表在畸變電壓波形下的反應(yīng)，一般從頻率特性著手，即觀察各種電表在同一有效值但頻率不同的正弦波形下的指示變化。這種誤差雖有可能部分相互抵消，但仍可能存在，致使電能計(jì)量失準(zhǔn)。 電力諧波的抑制措施一、加強(qiáng)諧波污染源的監(jiān)測(cè)主管部門對(duì)所轄電網(wǎng)進(jìn)行系統(tǒng)分析，正確測(cè)量，以確定諧波源位置和產(chǎn)生的原因，為諧波抑制準(zhǔn)備充分的原始材料；在諧波產(chǎn)生起伏較大的地方，可設(shè)置長(zhǎng)期觀察點(diǎn)，收集可靠的數(shù)據(jù)。無源濾波器安裝在電力電子設(shè)備的交流測(cè)，由元件構(gòu)成諧振回路，當(dāng)回路的諧振頻率和某一高次諧波電流頻率相同時(shí)，即可阻止該次諧波流入電網(wǎng)。3 混合法波器(電壓型)原理圖，圖中為交流電源，負(fù)載是諧波源，濾波器由無源濾波器()和有源電力濾波器()組成。在諧波源處并聯(lián)裝設(shè)靜止無功補(bǔ)償裝置，可有效減小波動(dòng)的諧波量，同時(shí)可以抑制電壓波動(dòng)、電壓閃變、三相不平衡，還可補(bǔ)償功率因數(shù)。為進(jìn)行電力諧波的分析、檢測(cè)和抑制奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)在故障診斷過程中，由于故障的突發(fā)性、隨機(jī)性強(qiáng)，系統(tǒng)可靠性能分布統(tǒng)計(jì)特征不穩(wěn)定及故障表現(xiàn)形式的多態(tài)性，給故障診斷推理邏輯的設(shè)計(jì)、故障源的正確定位帶來困難。電力系統(tǒng)常用的諧波檢測(cè)方法是快速傅立葉變換()，是離散傅立葉變換()，得到該電流所包含的諧波次數(shù)以及各次諧波的幅值和相位系數(shù)，將擬抵消的諧波分量通過傅里葉變換器得出所需的誤差信號(hào)，再將該誤差進(jìn)行傅立葉()反變換，即可得補(bǔ)償信號(hào)。使計(jì)算出的信號(hào)參數(shù)(即頻率、幅值和相位)不準(zhǔn)確，尤其是相位的誤差很大，無法滿足測(cè)量精度的要求，因此必須對(duì)算法進(jìn)行改進(jìn)。該方法用距諧波頻點(diǎn)最近的兩根離散頻譜幅值估計(jì)出待求諧波幅值，同時(shí)用多項(xiàng)式逼近法獲得頻率和幅值修正的計(jì)算公式，這些改進(jìn)降低了頻譜泄漏和噪聲干擾，并推導(dǎo)出一些典型窗函數(shù)的諧波分析實(shí)用修正公式，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該方法的有效性和易實(shí)現(xiàn)性。 基于瞬時(shí)無功功率理論的諧波檢測(cè)與分析方法為了能在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和補(bǔ)償諧波，并在此基礎(chǔ)上提出了兩種諧波電流的檢測(cè)方法法和法，它是目前有源濾波器 (ActivePower Fiiter簡(jiǎn)稱)中應(yīng)用最廣的檢測(cè)諧波電流方法，這兩種諧波電流的檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)電網(wǎng)電壓對(duì)稱且無畸變時(shí)，各電流分量海波正序無功分量、不對(duì)稱分量及高次諧波分量)的測(cè)量電路比較簡(jiǎn)單，并且延時(shí)小。電路中，電壓和電流的瞬時(shí)值、的表達(dá)式為： () ()式中，、—電壓、電流的有效值；f—電壓與電流之間的相位差。 三相瞬時(shí)無功功率理論，它的提出為諧波的實(shí)時(shí)檢測(cè)以及動(dòng)態(tài)補(bǔ)償提供了很好的理論基礎(chǔ)。定義2：三相電路瞬時(shí)無功功率（瞬時(shí)有功功率)為電壓矢量的模和三相電路瞬時(shí)無功電流(三項(xiàng)電路瞬時(shí)有功電流)的乘積。從以上各定義可以看出，瞬時(shí)無功功率理論中的概念，在形式上和傳統(tǒng)非常相似，可以看成傳統(tǒng)理論的推廣和延伸。在電源電壓正弦對(duì)稱和線性負(fù)載時(shí)，按該理論分解出的瞬時(shí)有、無功電流均可能含有諧波分量(如不平衡負(fù)載)。傳統(tǒng)理論中的有功功率、無功功率等都是在平均值的基礎(chǔ)上定義的，它們只適用于電壓、電流均為正弦波時(shí)的情況。這種方法思路簡(jiǎn)明、原理清楚，但是它具有一定的延時(shí)，檢測(cè)的結(jié)果實(shí)際上是較長(zhǎng)時(shí)間前的諧波和無功電流，實(shí)時(shí)性較差，再加上其較為復(fù)雜的運(yùn)算，使這種方法的應(yīng)用范圍受到了很大的限制。理想情況下，電網(wǎng)電壓波形應(yīng)為正弦波，但是實(shí)際的電網(wǎng)電壓由于不同的原因會(huì)有一定畸變。通過上述分析，可得出如下結(jié)論：1) 算法只需要三相電路的瞬時(shí)電流和某相(如相)電網(wǎng)電壓的頻率或周期信息，不需要準(zhǔn)確地知道電網(wǎng)電壓的幅值和初始相位信息。查表法顯著的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)采樣和脈寬生成的時(shí)基相同，不存在非同步問題，而且外部硬件電路簡(jiǎn)單、可靠性高、計(jì)算速度快，缺點(diǎn)是要求嚴(yán)格地與電網(wǎng)頻率同步采用，需要占用微處理器的存儲(chǔ)空間和軟件資源。因此，在設(shè)計(jì)數(shù)字低通濾波器時(shí)應(yīng)該遵循如下原則：（1） 應(yīng)保證對(duì)直流分量的增益為1，并盡可能地衰減直流分量；（2） 為了不使低通濾波算法過于復(fù)雜，的維數(shù)不應(yīng)太高；（3） 為了提高檢測(cè)的實(shí)時(shí)性，低通濾波器的單位階躍響應(yīng)的穩(wěn)定時(shí)間短；（4） 應(yīng)保證低通濾波器的單位階躍響應(yīng)的超調(diào)盡可能?。唬?） 交流分量的幅值波動(dòng)對(duì)直流濾波器結(jié)果的影響盡可能?。荒壳俺Ｓ玫臑V波器形式有濾波器和濾波器。但是一方面由于它是建立在三相電路的檢測(cè)基礎(chǔ)上，對(duì)單相電路的檢測(cè)要進(jìn)行必要的擴(kuò)充之后才能應(yīng)用，顯得比較繁瑣；另一方面，由于是在理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，而理論中三相向兩相的變換時(shí)為了方便計(jì)算瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無功功率而設(shè)計(jì)的，在用法檢測(cè)瞬時(shí)諧波電流的時(shí)候，由于電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為幅值為單位長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)正弦波，已經(jīng)失去了幅值和相位的信息，因此在算法中瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無功功率也就失去了原有的意義，算法中三相至兩相的坐標(biāo)變換及其反變換也就顯得多余，在三相坐標(biāo)系下同樣可以將瞬時(shí)電流矢量分解為與電壓矢量同步旋轉(zhuǎn)和動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)分量?jī)刹糠?，這樣可省去三相至兩相及兩相至三相的坐標(biāo)變換，有效減少計(jì)算量。由式（）可知，基波電流的瞬時(shí)值為 （）令 （）則式（）可以寫成 （）通過式（）求得基波電流瞬時(shí)值后，用單相電流的瞬時(shí)值減去基波電流瞬時(shí)值即可以得到瞬時(shí)諧波電流。在MATLAB環(huán)境下，用戶可以集成地進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、數(shù)值計(jì)算、圖形繪制、輸入輸出、文件管理等各項(xiàng)操作。利用它既可以進(jìn)行小規(guī)模端程，完成算法設(shè)計(jì)和算法實(shí)驗(yàn)的基本任務(wù)，也可以進(jìn)行大規(guī)模編程，開發(fā)復(fù)雜的應(yīng)用程序。 在歐美大學(xué)里，諸如應(yīng)用代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)控制、數(shù)字信號(hào)處理、模擬與數(shù)字通信、時(shí)間序列分析、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等課程的教科書都把MATLAB作為內(nèi)容。附錄A 英文資料及翻譯Development of a cutting tool condition monitoring system for high speed turning operation by vibration and strain analysis1 IntroductionIn the last three decades or so, there have been tremendous improvements and technical revolutions in manufacturing industries, namely puter integrated manufacturing process, robot controlled machining processes, and others. Today customer demands high quality products for lowest possible price. To meet customers’ such demands and to face global petition, modern industries are facing various challenges towards achieving high dimensional accuracy with mirror surface finish on the products. To achieve such goals the manufacturers are focusing on the technical problems namely, how to achieve uninterrupted automated machining process for longer duration with least human supervision. Cutting tool wear condition monitoring is an important technique that can be useful especially in automated cutting processes and unmanned factories to prevent any damage to the machine tool and workpiece. In any metal cutting operation, one of the major hurdles in realizing its plete automation is that of the cutting toolstate prediction, where toolwear is a critical factor in productivity. Cutting tool condition monitoring can help in online realization of the tool wear, tool breakage, and workpiece surface roughness.Researchers and engineers have been trying to evolve a cutting tool condition monitoring system w。原始信號(hào)設(shè)為根據(jù)以上條件，編寫MATLAB仿真程序，對(duì)基波進(jìn)行檢測(cè)。 (3)圖形句相系統(tǒng) 這是MATLAB圖形系統(tǒng)的基礎(chǔ)，包括完成2D和3D數(shù)據(jù)圖示、圖像處理、動(dòng)畫生成、圖形顯示等功能的高層MATLAB命令，也包括用戶對(duì)圖形圖像等對(duì)象進(jìn)行特性控制的低層MATLAB命令，以及開發(fā)GUI應(yīng)用程序的各種工具。與利用c語言或FoRTRAN語言作數(shù)值計(jì)算的程序設(shè)計(jì)相比，利用MATLAB可以節(jié)省大量的編程時(shí)間。而基于快速傅立葉變換的諧波檢測(cè)法，在諧波檢測(cè)、無功補(bǔ)償和頻譜分析方面，均有較廣泛的應(yīng)用，但實(shí)際工程應(yīng)用的快速傅立葉變換算法中，不可避免的存在柵極效應(yīng)和頻譜泄漏，造成諧波檢測(cè)的誤差較大且實(shí)時(shí)性較差。與算法一樣，取與單相電壓相位相同的單位正弦函數(shù)來替代單相電壓。如此高的維數(shù)，顯然是不符合實(shí)際應(yīng)用要求的。在設(shè)計(jì)之前，先分析一下輸入信號(hào)的特性。2) 算法檢測(cè)諧波電流的準(zhǔn)確性不受電網(wǎng)電壓畸變或不對(duì)稱的影響。三、算法 算法原理圖 。用這兩種方法檢測(cè)諧波和無功時(shí)，進(jìn)行的運(yùn)算大多都是瞬時(shí)值運(yùn)算，響應(yīng)速度很快，特別適合于變化快、沖擊大的無功和諧波補(bǔ)償。可見，瞬時(shí)無功功率理論就是將傳統(tǒng)三相電路功率理論中的正弦信號(hào)的有效值、初相角、有功功率和無功功率突破時(shí)間平均值的概念而引申為瞬時(shí)量，是對(duì)傳統(tǒng)功率理論的自然擴(kuò)展。另外該理論中定義了三相電路瞬時(shí)有、無功電流、與各相瞬時(shí)有功電流、及無功電流偏、它們之間分別存在什么關(guān)系？各相瞬時(shí)無功功率與三相瞬時(shí)無功功率關(guān)系如何?這些問題都沒有得到公認(rèn)的解釋。設(shè)三相電壓、電流分別為: () ()利用式()、式()對(duì)以上兩式進(jìn)行變換，可得: () ()式中把式()和式()代入()中可得: ()令、分別為相電壓和相電流的有效值，得: ()從上面得式子可以看出，在三相電壓和電源均為正弦波時(shí)，均為常數(shù)。定義3：、相的瞬時(shí)無功的電流、 (瞬時(shí)有功電流、)分別為三相電路瞬時(shí)無功電流 (瞬時(shí)有功功率)在、的投影，即: （）、。若把它們變換到兩相正交的坐標(biāo)系上研究。記，與電壓同相位，稱為有功分量。近幾年，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)瞬時(shí)無功功率理論進(jìn)行了研究和發(fā)展，并提出廣義瞬時(shí)無功功率理論，在此基礎(chǔ)上提出基于廣義瞬時(shí)無功功率理論的諧波檢測(cè)方法，已初步應(yīng)用與工程實(shí)踐。經(jīng)濾波后控制并改變壓控振蕩器的頻率，直到輸人頻率和反饋信號(hào)頻率同步為止。 減小泄漏和其它誤差的快速傅立葉變換改進(jìn)算法一、加窗插值算法利用加窗插值算法對(duì)快速傅立葉算法進(jìn)行修正的方法。但計(jì)算量大，因而實(shí)時(shí)性不夠好。 傅立葉級(jí)數(shù)的三角函數(shù)和指數(shù)表示形式一個(gè)周期為的周期性函數(shù)可表示為：