EMC交流電源端口諧波、諧間波及電網(wǎng)信號(hào)的低頻抗擾度測試解析

1什么是諧波、諧間波及電網(wǎng)信號(hào)

通俗而言，在電力系統(tǒng)把50Hz的電壓或者電流波，叫做基波，不是50Hz的電壓、電流就是諧波。電網(wǎng)中有一些特殊的用電設(shè)備，比如：大功率整流器、中頻爐、變頻器、劣質(zhì)節(jié)能燈等等，這類設(shè)備的工作電流與電壓不成正比，我們稱為非線性的負(fù)載。電機(jī)發(fā)出的電能，本來是比較規(guī)整 的50Hz頻率，但是如果遇到非線性設(shè)備在電網(wǎng)中，這一些設(shè)備工作時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生諧波。比如單相整流器，就把50Hz的基波，“整”成具有100Hz、150Hz、200Hz……等等成分的信號(hào)，就出現(xiàn)了諧波。這種會(huì)產(chǎn)生諧波的設(shè)備，我們常常叫它“諧波源”。

通常情況下，諧波的頻率為50Hz的整倍數(shù)，諧波用基波的倍數(shù)表示。例如頻率為150Hz的正弦波稱為3次諧波，頻率為250Hz的正弦波稱為5次諧波，頻率為350Hz的正弦波稱為7次諧波，以此類推。

在工頻的諧波電壓和諧波電流之間，同時(shí)存在一些不是基波頻率整數(shù)倍的頻率，它們或以離散的頻率、或以一個(gè)寬帶頻譜出現(xiàn)，這就是諧間波。電網(wǎng)信號(hào)，是指在電網(wǎng)中由發(fā)射機(jī)產(chǎn)生以便供電公司控制供電網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備（公用照明，計(jì)價(jià)表等）的信號(hào)。通常發(fā)射機(jī)只是以斷續(xù)信號(hào)短時(shí)工作，所采用的頻率在諧波之間，即頻率范圍為100Hz-3kHz。

2諧波的危害

諧波的危害：電機(jī)諧波電壓與諧波電流產(chǎn)生額外的鐵損與銅損 ,導(dǎo)致電機(jī)的額外發(fā)熱，降低電機(jī)的效率產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩致使電動(dòng)機(jī)振動(dòng)加劇，影響電機(jī)壽命和輸出轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定性。諧波電壓降低了絕緣介質(zhì)強(qiáng)度，加速線圈絕緣的老化，降低電機(jī)使用壽命。諧波的危害：電纜諧波電流會(huì)使電纜過載、導(dǎo)致過熱 、發(fā)生絕緣破壞而燒毀。對(duì)高頻率諧波電流，電纜呈現(xiàn)集膚效應(yīng), 使額定載流量減少，增大漏電流，引起單相對(duì)地?fù)舸?，造成三相短路。零序?的倍數(shù)次）諧波電流會(huì)導(dǎo)致三相四線系統(tǒng)的中線過載、損壞。諧波的危害：系統(tǒng)諧振諧波電流可使電容器介質(zhì)損耗增加，發(fā)熱和壽命縮短；大量吸收諧波會(huì)導(dǎo)致電容器過流，引起熔絲熔斷。電容器與電網(wǎng)電感形成串聯(lián)諧振回路，能引起諧波的放大，電容燒毀等。引起系統(tǒng)諧振導(dǎo)致，電容器組、電抗器組及相關(guān)用電設(shè)備，因過電流或過電壓，而損壞或無法投入運(yùn)行。

諧波的危害：通信 網(wǎng)絡(luò)干擾信息、數(shù)據(jù)、通信系統(tǒng)，造成系統(tǒng)死機(jī)或控制失常、停機(jī)，嚴(yán)重的會(huì)丟失實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，造成不可估量的損失。信系統(tǒng)實(shí)行的聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，如中心數(shù)據(jù)處理中心發(fā)生故障，將造成整個(gè)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的癱瘓，而高次諧波就能造成數(shù)據(jù)處理中心主機(jī)的誤操作和死機(jī)。諧波也會(huì)造成通信儀器的誤動(dòng)作和死機(jī)，給通信行業(yè)和用戶帶來麻煩，造成了通信行業(yè)和用戶的糾紛。

諧波的危害：醫(yī)院出現(xiàn)數(shù)據(jù)差錯(cuò)；圖像模糊；信息丟失；一些先進(jìn)的醫(yī)療設(shè)備具有高靈敏微電子器件，諧波干擾容易使設(shè)備無法正常工作。

諧波的危害：其他改變保護(hù)繼電器的動(dòng)作特性引起誤動(dòng)作、造成繼電保護(hù)等自動(dòng)裝置工作紊亂。諧波延緩電弧熄滅，影響斷路器的分?jǐn)嗳萘?。使?jì)量儀表特別是感應(yīng)式電能表產(chǎn)生計(jì)量誤差。干擾鄰近的電力電子設(shè)備、工業(yè)控制設(shè)備，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

3諧波、諧間波及電網(wǎng)信號(hào)抗擾度測量波形介紹諧波、諧間波及電網(wǎng)信號(hào)的低頻抗擾度測試，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB17626.13（IEC 61000-4-13）有四類試驗(yàn)方法（波形）：諧波組合試驗(yàn)（平頂波和尖頂波）、掃頻試驗(yàn)、單個(gè)諧波和諧間波試驗(yàn)，以及Meister曲線試驗(yàn)。

3.1諧波組合試驗(yàn)（平頂波和尖頂波）諧波組合試驗(yàn)包括平頂波和尖頂波兩個(gè)試驗(yàn)。EUT每種組合波都要進(jìn)行試驗(yàn)。平頂波平頂波電壓隨時(shí)間變化，每個(gè)半波由三部分組成，波形如下：第1部分：從零開始，按純正弦函數(shù)變化，對(duì)于等級(jí)2達(dá)到峰值的90%，對(duì)于等級(jí)三達(dá)到峰值的80%。第2部分：是恒定電壓。第3部分：于第1部分相對(duì)應(yīng)。

平頂波波形圖尖頂波尖頂波是由相應(yīng)的相位關(guān)系的離散的3次諧波和5次諧波疊加而產(chǎn)生。波形如下：

尖頂波波形圖3.2掃頻試驗(yàn)頻率掃描測量波形示例如下圖：

掃頻測量波形圖3.3單個(gè)諧波和諧間波試驗(yàn)單個(gè)諧波是指在2f1~40f1頻率范圍內(nèi)的諧波。這些諧波按照試驗(yàn)等級(jí)將單個(gè)正弦波電壓施加到基波電壓上。諧間波是在16Hz~2000Hz頻率范圍內(nèi)的諧波。諧間波按照一定的步長，將試驗(yàn)等級(jí)的單個(gè)正弦波電壓施加到基波電壓上。測量波形如下：

多次諧波試驗(yàn)序列示意圖3.4Meister曲線試驗(yàn)具有電網(wǎng)信號(hào)和/或紋波控制的電網(wǎng)中使用的設(shè)備，需要施加Meister曲線試驗(yàn)，波形如下：

Meister曲線波形（100Hz-3kHz）4諧波、諧間波及電網(wǎng)信號(hào)抗擾度試驗(yàn)等級(jí)和試驗(yàn)要求4.1諧波組合試驗(yàn)等級(jí)和要求1）平頂波平頂波試驗(yàn)等級(jí)見下表：

平頂波試驗(yàn)時(shí)間（Duration）要求為2分鐘，測試波形示意圖如下：

2）尖頂波尖頂波試驗(yàn)等級(jí)見下表：

尖頂波試驗(yàn)時(shí)間（Duration）要求為2分鐘，測試波形示意圖如下：

4.2掃頻試驗(yàn)等級(jí)和要求掃頻試驗(yàn)時(shí)的頻率等級(jí)如下表：

各頻率范圍的掃頻幅值見上表，頻率掃描的速率不小于每10倍頻程5分鐘。掃頻中遇到EUT性能異常的頻點(diǎn)以及所由的諧振點(diǎn)，應(yīng)在每個(gè)頻率點(diǎn)駐留是按至少為120s。測量波形如下：

4.3單個(gè)諧波、諧間波試驗(yàn)等級(jí)和要求1）單個(gè)諧波單個(gè)諧波的試驗(yàn)等級(jí)如下表：

在2f1~40 f1頻率范圍內(nèi)將上表幅值單個(gè)正弦波電壓施加到基波電壓U1上，每個(gè)頻率施加時(shí)間（Dwell Time）為5s，間隔（Pause Time）1s再施加下一個(gè)頻率。大于或等于3%等級(jí)的諧波電壓（直到9次諧波）時(shí)，在基波0和180相位應(yīng)分別施加試驗(yàn)等級(jí)，小于3%的試驗(yàn)等級(jí)的諧波電壓沒有相位要求。試驗(yàn)波形如下：

2）諧間波諧間波試驗(yàn)等級(jí)見下表：

諧間波試驗(yàn)每頻率步長施加時(shí)間（Dwell Time）為5s，間隔（Pause Time）1s再施加下一個(gè)頻率。諧間波的頻率步長見下表：

諧間波測量波形如下：

4.4Meister曲線試驗(yàn)等級(jí)和要求Meister曲線試驗(yàn)等級(jí)如下：

Meister曲線試驗(yàn)適用于等級(jí)2的產(chǎn)品。試驗(yàn)時(shí)，頻率掃描的速率不少于每10倍頻程5分鐘。Meister曲線波形如下：

5諧波、諧間波及電網(wǎng)信號(hào)抗擾度試驗(yàn)流程為了簡化試驗(yàn)，依照試驗(yàn)等級(jí)，諧波、諧間波及電網(wǎng)信號(hào)抗擾度測試可分為兩個(gè)試驗(yàn)流程圖：Class 1/Class 2試驗(yàn)流程圖、Class 3試驗(yàn)流程圖。

Class 1和Class 2試驗(yàn)流程圖

Class 3試驗(yàn)流程圖6測試布置單相EUT試驗(yàn)布置示意圖:

三相EUT試驗(yàn)布置示意圖:

審核編輯 ：李倩