諧波和電壓波動/ 閃變測試是電氣產(chǎn)品所要求的IEC 標準中被稱為電能質(zhì)量低頻輻射的EMC 測試的一部分。近年來,不僅是功率調(diào)節(jié)器,普通家用變頻產(chǎn)品的高頻噪聲也被認為是電能質(zhì)量的問題。本應(yīng)用案例介紹了如何將功率分析儀活用于噪聲對策,進行符合IEC 標準的諧波和電壓波動/ 閃變等低頻輻射的測量,以及高頻噪聲的測量方法。
一、IEC 諧波、電壓波動閃變測試是什么
在諧波測試中會測量設(shè)備電流消耗波形的畸變分量。諧波電流會導(dǎo)致設(shè)備的誤動作或故障,并增加功率系統(tǒng)中的無功功率,因此,測試標準規(guī)定了對于諧波電流的限值。
電壓波動/ 閃變測試是針對電源電壓波動和照明閃爍(閃變)的測試。當電源電壓因電氣產(chǎn)品的消耗電流變化而波動時,就會出現(xiàn)照明閃爍。閃變是一種健康危害,會給人帶來不適,因此測試標準規(guī)定了電壓波動/ 閃變的限值。
二、諧波和電壓波動閃變測試的IEC標準
每個測試對象都有自己的測試條件和確定限值的標準,測試必須參照最新的測試標準。此外,用于測試的測量設(shè)備也必須符合測量標準。功率分析儀 PW8001 是一款符合IEC 諧波和電壓波動/ 閃爍測試標準的功率分析儀。
(一)諧波測試標準
(1)IEC61000-3-2:每相額定電流小于等于16A 的設(shè)備的測試
(2)IEC61000-3-12 :每相額定電流大于16A 小于等于75A 的設(shè)備的測試
(二)測試標準所要求的,并且PW8001符合的測量標準:IEC 61000-4-7: 2002+A1: 2008
(1)諧波次數(shù): 0 次~ 200 次
(2)間諧波次數(shù): 0.5 次~ 200.5 次
(三)電壓波動/ 閃變測試標準
(1)IEC61000-3-3:每相額定電流小于等于16A 的設(shè)備
(2)IEC61000-3-11:每相額定電流大于16A 小于75A 的設(shè)備
(四)測試標準所要求的、并且PW8001 符合的測量標準:IEC 61000-4-15: 2010
精度:
Pst ±5% (Pst = 0.2 ~ 5), dc,dmax: ±4%(dmax=4% 時)
(五)進行限值判定的評估系統(tǒng)
圖1 顯示了諧波、電壓波動/ 閃變測試系統(tǒng)的框圖。IEC 諧波及電壓波動/ 閃變的測試標準使用帶有交流電源RIN(Reference Impedance Network) 的測試系統(tǒng)。功率分析儀對測量對象的電源電壓和電流進行測量,并輸出基于測量標準的測量結(jié)果。電流測量使用電流傳感器。如此,無需為測量電流而布設(shè)電源配線,可減輕配線和儀器損耗的影響,在接近實際工作環(huán)境的配線狀態(tài)下進行測量。
圖1:諧波、電壓波動/ 閃變測試系統(tǒng)
三、電源噪聲帶來的問題
諧波和電壓波動/ 閃爍測試是針對低頻輻射的測試。但是,在一些使用變頻器的環(huán)境中,在極少數(shù)情況下,變頻器設(shè)備的開關(guān)噪聲會產(chǎn)生意想不到的高電平,從而導(dǎo)致周圍設(shè)備出現(xiàn)故障(*1)。為了預(yù)防電源噪聲引起的問題,對諧波和電壓波動采取措施,在設(shè)備開發(fā)的初期階段就確認噪聲是比較有效的。此外,在早期對噪聲問題采取行動,對于避免致命的開發(fā)延誤也很重要。
四、測量解決方案
功率分析儀升級固件2.0 版本除了IEC 諧波和電壓波動/ 閃變測量之外,還包括功率譜分析 (PSA) 功能。進行限值判定的標準測試的情況下,必須使用專用的測試系統(tǒng),即使是在開發(fā)初期的評估中,也可以通過檢查諧波和電壓波動來確定趨勢,以便盡早采取措施。例如,如果在改變電源電路設(shè)計后發(fā)現(xiàn)諧波電流增加,那么可以預(yù)見 EMC 測試中會有超過限值的可能,因此就可以在早期確定是否需要采取降噪措施。
IEC 諧波測量模式設(shè)置畫面 ( 左)
電壓波動/閃變測量模式設(shè)置畫面(右)
(一)功率譜分析 (PSA) 功能
功率頻譜分析功能可對電壓、電流和功率進行 FFT 分析,與諧波分析功能相比,該功能可分析更高頻率(高6 MHz)的噪聲,從而直觀地確認IEC 諧波或電壓波動/ 閃變中看不到的噪聲。可保證高到1 MHz 的功率測量精度,對評估由逆變器或開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻傳導(dǎo)噪聲十分有用。
(二)第三代功率分析引擎實現(xiàn)了六項“AUTO"測量
可同時并行處理正確的功率測量以及諧波和功率譜分析等所有操作。根據(jù)輸入波形的大小和頻率,測量量程和濾波器特性會在內(nèi)部自動更新至Z佳狀態(tài)。如此,一次測量即可正確測量所有分析結(jié)果,從而實現(xiàn)多角度的驗證。
四、結(jié)語
功率分析儀可以按照IEC 標準測量諧波和電壓波動/ 閃變。對于“想擺脫電源噪聲問題被掩蓋,事后才采取對策的設(shè)計困境"或“想提前解決開關(guān)噪聲問題"的開發(fā)人員,功率譜分析 (PSA) 功能提供了一種高頻噪聲的評估方法。同時實驗室還需要配備諧波分析儀、閃爍測量儀、高精度的純凈電源和參考阻抗,可以精準的測量諧波電流和閃爍對于電網(wǎng)的影響。