由于非正弦周期信号可分解为傅里叶级数,因此线性电路在它的激励下,根据叠加原理,其响应为直流信号和一系列正弦稳态响应的叠加,各响应的计算分别用直流和正弦稳态电路的分析方法进行计算。电工技术的工程计算中,通常将这种分析方法,叫做谐波分析法。其具体步骤如下:
(1)将给定的非正弦信号分解为傅里叶级数,并根据计算精度要求,取有限项高次谐波。
(2)分别计算直流分量以及各次谐波分量单独作用时电路的响应,计算方法与直流电路及正弦交流电路的计算方法完全相同。对直流分量,电感元件等于短路,电容元件等于开路。对各次谐波分量可以用相量法进行,但要注意,感抗、容抗与频率有关。要根据不同的谐波频率,分别计算复阻抗。
(3)应用叠加原理,将各次谐波作用下的响应解析式进行叠加。需要注意的是,必须先将各次谐波分量响应写成瞬时值表达式后才可以叠加,而不能把表示不同频率的谐波的正弦量的相量进行加减。最后所求响应的解析式是用时间函数表示的。
例6.3 LC滤波电路如图6。2所示,已知L=5H,C=10μF,R=2kΩ,外加电压为
V,f=50HZ。试求:
(1)电阻电压uR(t);
(2)电压uR(t)中二次谐波、四次谐波与直流分量的比值。

图6.2例6.3图


通过上述例题表明,交流分量的响应所占的比例甚小,谐波次数越高,响应分量的比例越小。同时,要充分注意到电容元件和电感元件对不同次谐波的作用。电感元件对高次谐波有着较强的抑制作用,而电容元件对高次谐波电流有畅通作用。
应当注意,虽然非正弦波在电信设备中广泛应用,但在电力系统中,由于发电机内部结构的原因,输出能量除基波能量以外,还有高次谐波能量。高次谐波会给整个系统带来极大的危害,如使电能质量降低,损坏电力电容器、电缆、电动机等,增加线路损耗。因此,要想办法消除高次谐波分量。
