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電磁兼容試驗項目之諧波電流詳解

嘉峪檢測網        2019-10-29 15:09

1. 什么是諧波電流

電子、電氣設備或系統在設計過程中如果使用了非線性負載,那么當電流流經該非線性負載時,與所加的電壓不呈線性關系,就會形成非正弦電流,諧波電流就是將非正弦周期性電流函數按傅立葉級數展開時,其頻率為原周期電流頻率整數倍的各正弦分量的統稱。

諧波頻率是基波頻率的整數倍,如果諧波的頻率是基波頻率的N倍,就稱為N次諧波。知名數學家傅立葉曾分析證明,任何重復的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波頻率倍數的諧波的正弦波分量,傅里葉變換本質其實就是諧波分析,這說明諧波也是正弦波,只是每個諧波都具有不同的頻率,幅度與相角。諧波可以區分為偶次諧波與奇次諧波,如第3、5、7次編號的為奇次諧波,而2、4、6、8等為偶次諧波。

有人好奇為什么沒有1次諧波呢?我們知道基波是與該重復波形最長周期相等的正弦波分量,相對于這個周期的頻率被稱為基波(本)頻率。而頻率等于基波(本)頻率整數倍的正弦波分量稱為諧波,因此我們認為一次諧波即為基波,所以很少出現一次諧波的叫法,如基波為50Hz時,2次諧波為100Hz,3次諧波則是150Hz。

電磁兼容試驗項目之諧波電流詳解

一般來講,奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大。如果想了解或學習傅里葉分析,推薦一個超Nice教程:“傅里葉分析之掐死教程”

電磁兼容試驗項目之諧波電流詳解

 

2. 諧波電流試驗目的

諧波電流不僅會對同一電網中的其他用電設備造成干擾,還會使電網的中線電流超載而降低電能使用效率。另外還可能造成醫用設備超溫,產生噪聲,加速絕緣老化,縮短使用壽命,甚至造成設備故障或燒毀等。

為了保障電網質量,我國相繼公布了GB17625.1《電磁兼容限值低壓電氣及電子設備發出的諧波電流限值(設備每相輸入電流小于或等于16A)》及GB17625.2《電磁兼容限值對額定電流不大于16A的設備在低壓供電系統中產生的電壓波動和閃爍的限值》,分別等同于IEC61000-3-2和IEC61000-3-3。

我們做諧波電流試驗目的旨在檢測電子電氣設備通過電源線注入到公用供電系統中的諧波電流是否滿足相應標準規定的限值要求

小提示:醫療器械行業諧波電流發射限值參考GB 17625.1,一般來講,奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大,因此標準中對奇次諧波提出了更高的要求,從而保證醫用設備不會對公共電網造成過大的影響。需要注意的是YY 0505對每相電流>16 A的設備或系統不做要求。

 

3. 試驗設備及必備條件

 

根據GB17626.1標準要求,主要試驗設備有以下幾種:

(1)純凈電源:其作用是產生一個沒有諧波的50Hz交流電源,這樣可以保證測試到的諧波完全是由EUT產生的。具體要求如下:

  1. 輸出電壓穩定度在±2.0%以內,頻率穩定度在±0.5%以內;

  2. 三項電源應保證兩兩相之間的相角為120°±1.5°;

  3. 帶載時輸出電壓2-40次諧波分量不得超過GB17625.1第A.2(C)所規定之比例;

  4. 輸出電壓峰值應為其rms值的1.40到1.42倍之間,且在87°至93°相位角出現;

(2)諧波分析儀:其作用是分析供電電流中的諧波成分,可以使用專門的儀器,也可以使用帶FFT功能的示波器來代替。具體要求如下:

  1. 應完全符合IEC61000-4-7的要求;

  2. 電壓、電流、功率的測量準確度滿足下表之要求:

電磁兼容試驗項目之諧波電流詳解

(3)電流取樣傳感器(選用):其主要作用是將EUT電源線中的電流進行取樣,以便于分析。電流取樣傳感器要求靈敏度高切不能對供電條件產生太大的影響,以此來保證測試誤差足夠小。

 

4. 試驗方法及配置

除非另有規定,諧波電流發射試驗應在正常工作狀態且預期能產生最大總諧波電流的模式下進行,單相設備的測量電路如下圖1所示:

電磁兼容試驗項目之諧波電流詳解

圖1

 

三相設備的測量電路如下圖2所示:

電磁兼容試驗項目之諧波電流詳解

圖2

 

5. 舉例

GB17625.1把設備分成4類

  1. A類:平衡的三相設備;家用電器(不包括列入D類的設備);工具,不包括便攜式工具;白熾燈調光器;音頻設備;未歸入其他三類的設備都視為A類設備。

  2. B類:便攜式工具;不屬于專用設備的弧焊設備。

  3. C類:照明設備(包括燈和燈具;主要功能為照明的多功能設備中的照明部分…)。

  4. D類:功率不大于600W的個人計算機、計算機顯示器及電視接收機。

各類設備的限值要求如下圖所示:

電磁兼容試驗項目之諧波電流詳解

電磁兼容試驗項目之諧波電流詳解

電磁兼容試驗項目之諧波電流詳解

電磁兼容試驗項目之諧波電流詳解

其中B類設備的限值為A類設備限值的1.5倍,由上圖對比可知諧波電流限值對C類設備要求最為嚴格,D類次之,也是因為這兩類設備在生活中應用最為廣泛。

題外話:一個國家某一領域標準做得好不好,要求的嚴不嚴,經常是看其受到該領域的影響大不大,比如日本對核污染和家用電器方面的標準,華為對5G方面的標準,當然這個并不絕對。

首先確定設備的分類Class A/B/C/D,依據分類來定下具體的限值;

以某A類設備為例:

限值圖如下圖藍色圖形所示:

電磁兼容試驗項目之諧波電流詳解

測試數據如下表:

電磁兼容試驗項目之諧波電流詳解

由此可知,測試結果為合格。

對于大多數諧波測試儀來說,可以設定測量時間(測量時間需要足夠長以滿足測試可重復性的要求,一般默認是2.5min)。設備工作模式的選擇首先參照附錄C,如果在附錄C中沒有列出,那么選擇合適的工作方式使之產生最大諧波電流。諧波分析軟件會根據采樣電流算出各次諧波電流的大小,并與限值比較得出測試結果。

 

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來源:電磁兼容EMC

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