諧波和電壓波動(dòng)/ 閃變測試是電氣產(chǎn)品所要求的IEC 標(biāo)準(zhǔn)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(rèn)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PW8001 活用于噪聲對(duì)策，進(jìn)行符合IEC 標(biāo)準(zhǔn)的諧波和電壓波動(dòng)/ 閃變等低頻輻射的測量，以及高頻噪聲的測量方法。
IEC 諧波、電壓波動(dòng)
閃變測試是什么
在諧波測試中會(huì)測量設(shè)備電流消耗波形的畸變分量。諧波電流會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的誤動(dòng)作或故障，并增加功率系統(tǒng)中的無功功率，因此，測試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了對(duì)于諧波電流的限值。
電壓波動(dòng)/ 閃變測試是針對(duì)電源電壓波動(dòng)和照明閃爍(閃變)的測試。當(dāng)電源電壓因電氣產(chǎn)品的消耗電流變化而波動(dòng)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)照明閃爍。閃變是一種健康危害，會(huì)給人帶來不適，因此測試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電壓波動(dòng)/ 閃變的限值。
諧波和電壓波動(dòng)
閃變測試的IEC 標(biāo)準(zhǔn)
每個(gè)測試對(duì)象都有自己的測試條件和確定限值的標(biāo)準(zhǔn)，測試必須參照最新的測試標(biāo)準(zhǔn)。此外，用于測試的測量設(shè)備也必須符合測量標(biāo)準(zhǔn)。功率分析儀 PW8001 是一款符合IEC 諧波和電壓波動(dòng)/ 閃爍測試標(biāo)準(zhǔn)的功率分析儀。
諧波測試標(biāo)準(zhǔn)
● IEC61000-3-2：每相額定電流小于等于16A 的設(shè)備的測試
● IEC61000-3-12 ：每相額定電流大于16A 小于等于75A 的設(shè)備的測試
測試標(biāo)準(zhǔn)所要求的，并且PW8001符合的測量標(biāo)準(zhǔn)：IEC 61000-4-7: 2002+A1: 2008
● 諧波次數(shù): 0 次～ 200 次
● 間諧波次數(shù): 0.5 次～ 200.5 次
電壓波動(dòng)/ 閃變測試標(biāo)準(zhǔn)
● IEC61000-3-3：每相額定電流小于等于16A 的設(shè)備
● IEC61000-3-11：每相額定電流大于16A 小于75A 的設(shè)備
測試標(biāo)準(zhǔn)所要求的、并且PW8001 符合的測量標(biāo)準(zhǔn)：IEC 61000-4-15: 2010
● 精度：
Pst ±5% (Pst = 0.2 ～ 5), dc,dmax: ±4%(dmax=4% 時(shí))
進(jìn)行限值判定的評(píng)估系統(tǒng)
圖1 顯示了諧波、電壓波動(dòng)/ 閃變測試系統(tǒng)的框圖。IEC 諧波及電壓波動(dòng)/ 閃變的測試標(biāo)準(zhǔn)使用帶有交流電源RIN(Reference Impedance Network) 的測試系統(tǒng)。功率分析儀對(duì)測量對(duì)象的電源電壓和電流進(jìn)行測量，并輸出基于測量標(biāo)準(zhǔn)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(shí)際工作環(huán)境的配線狀態(tài)下進(jìn)行測量。
圖1：諧波、電壓波動(dòng)/ 閃變測試系統(tǒng)
電源噪聲帶來的問題
諧波和電壓波動(dòng)/ 閃爍測試是針對(duì)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(huì)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(duì)諧波和電壓波動(dòng)采取措施，在設(shè)備開發(fā)的初期階段就確認(rèn)噪聲是比較有效的。此外，在早期對(duì)噪聲問題采取行動(dòng)，對(duì)于避免致命的開發(fā)延誤也很重要。
*1) 參考文獻(xiàn)：
西島健一：“開關(guān)電源中安裝的 EMC 濾波器的傳導(dǎo) EMI 噪聲降低效果的相關(guān)研究”，《日本電力電子學(xué)會(huì)雜志》 Vol.45
HIOKI 的測量解決方案
HIOKI 功率分析儀 PW8001 的升級(jí)固件2.0 版本除了IEC 諧波和電壓波動(dòng)/ 閃變測量之外，還包括功率譜分析 (PSA) 功能。
進(jìn)行限值判定的標(biāo)準(zhǔn)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(píng)估中，也可以通過檢查諧波和電壓波動(dòng)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(jì)后發(fā)現(xiàn)諧波電流增加，那么可以預(yù)見 EMC 測試中會(huì)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(dòng)/閃變測量模式設(shè)置畫面(右)
功率譜分析 (PSA) 功能
功率頻譜分析功能可對(duì)電壓、電流和功率進(jìn)行 FFT 分析，與諧波分析功能相比，該功能可分析更高頻率(最高6 MHz)的噪聲，從而直觀地確認(rèn)IEC 諧波或電壓波動(dòng)/ 閃變中看不到的噪聲。
PW8001 可保證最高到1 MHz 的功率測量精度，對(duì)評(píng)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。
HIOKI 的第三代功率分析引擎實(shí)現(xiàn)了六項(xiàng)“AUTO”測量
PW8001 可同時(shí)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(huì)在內(nèi)部自動(dòng)更新至最佳狀態(tài)。如此，一次測量即可正確測量所有分析結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)多角度的驗(yàn)證。
結(jié)語
PW8001 可以按照IEC 標(biāo)準(zhǔn)測量諧波和電壓波動(dòng)/ 閃變。對(duì)于“想擺脫電源噪聲問題被掩蓋，事后才采取對(duì)策的設(shè)計(jì)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(píng)估方法。
（來源：HIOKI日置）
