焦雨桐
电磁兼容 试验和测量技术 供电系统及所连设备谐波、间谐波的测量和测量仪器导则GB 17626.7-2017 (查看源代码)
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第30行: | 第30行: | ||
IEC 60050-161(IEV)中界定的及以下术语和定义适用于本文件。 | IEC 60050-161(IEV)中界定的及以下术语和定义适用于本文件。 | ||
=== 3.1 有关频率分析的定义 === | === 3.1 有关频率分析的定义 === | ||
第96行: | 第96行: | ||
对待分析的模拟信号f(t)进行采样,经A/D 变换并存储。每组M 个样本构成一个时间窗,并在该时间窗上进行 DFT。 根据傅立叶级数展开式,时间窗口宽度TN 决定了频率的分辨率fc,=1/Tn (即频谱分量的频率间隔)。因此,窗 口宽度Tn应是系统电压基波周期T₁的 N 个整数倍:Tn=N×T₁ 。 此时采样频率为f。=M/(NT₁) (式中,M 为时间 窗TN内的样本数)。 | 对待分析的模拟信号f(t)进行采样,经A/D 变换并存储。每组M 个样本构成一个时间窗,并在该时间窗上进行 DFT。 根据傅立叶级数展开式,时间窗口宽度TN 决定了频率的分辨率fc,=1/Tn (即频谱分量的频率间隔)。因此,窗 口宽度Tn应是系统电压基波周期T₁的 N 个整数倍:Tn=N×T₁ 。 此时采样频率为f。=M/(NT₁) (式中,M 为时间 窗TN内的样本数)。 | ||
在进行DFT 之前,在时间窗 TN之内的样本通常要乘以一个特殊的对称函数“窗函数”进行加权。如果对周期性信 号进行同步采样,对每一个样本乘以权重为1的矩形加权窗函数则更可取。 | 在进行DFT 之前,在时间窗 TN之内的样本通常要乘以一个特殊的对称函数“窗函数”进行加权。如果对周期性信 号进行同步采样,对每一个样本乘以权重为1的矩形加权窗函数则更可取。 | ||
第162行: | 第162行: | ||
注:用符号I 替代Y 则表示电流,符号U 代替Y 则表示电压。 | 注:用符号I 替代Y 则表示电流,符号U 代替Y 则表示电压。 | ||
=== 3.3 有关畸变因数的定义 === | === 3.3 有关畸变因数的定义 === | ||
第296行: | 第296行: | ||
该间谐波子群两侧的两个谐波频率的平均值,即fg,h=(fH,h+fH,+1)/2。 | 该间谐波子群两侧的两个谐波频率的平均值,即fg,h=(fH,h+fH,+1)/2。 | ||
=== 3.5 符号 === | === 3.5 符号 === | ||
第378行: | 第378行: | ||
b 中心带频率 | b 中心带频率 | ||
h 标识谐波次数的整数序列号 | h 标识谐波次数的整数序列号 | ||
第446行: | 第446行: | ||
新设计的仪器可能使用离散傅立叶变换(DFT), 通常采用一种称为快速傅立叶变换(FFT) 的算法。 | 新设计的仪器可能使用离散傅立叶变换(DFT), 通常采用一种称为快速傅立叶变换(FFT) 的算法。 | ||
因此本部分仅考虑这种结构,但不排除其他分析原理(见第6章)。 | 因此本部分仅考虑这种结构,但不排除其他分析原理(见第6章)。 | ||
第514行: | 第514行: | ||
还要提供与谐波测量同一时间窗内的有功功率评估,但不一定来自DFT 分析。根据 IEC 61000-3-2 进行谐波发射测量时,这个功率不应包含直流分量。 | 还要提供与谐波测量同一时间窗内的有功功率评估,但不一定来自DFT 分析。根据 IEC 61000-3-2 进行谐波发射测量时,这个功率不应包含直流分量。 | ||
注3:有功功率P 作为平滑过程的输入,无需分群处理。 | 注3:有功功率P 作为平滑过程的输入,无需分群处理。 | ||
第570行: | 第570行: | ||
应注意,与要测量的其他电压分量相比,幅值很高的基波(供电频率)电压不应产生过载导致仪器损 | 应注意,与要测量的其他电压分量相比,幅值很高的基波(供电频率)电压不应产生过载导致仪器损 | ||
坏,或不应引起仪器输入端信号相互调制。这样引起的误差应低于规定的准确度。应有过载指示。 | 坏,或不应引起仪器输入端信号相互调制。这样引起的误差应低于规定的准确度。应有过载指示。 | ||
第582行: | 第582行: | ||
表 1 电流、电压和功率测量的准确度要求 | 表 1 电流、电压和功率测量的准确度要求 | ||
| | {| class="wikitable" style="text-align:center;" | ||
| -- | |- style="vertical-align:middle;" | ||
! 准确度 | |||
| I | 电压 | Um≥1% | ! 测量类型 | ||
| 电流 | Im≥3%Inom | ! 测量条件 | ||
| 功率 | Pm≥150 W | ! 最大误差 | ||
| Ⅱ | 电压 | Um≥3% | |- style="vertical-align:middle;" | ||
| 电流 | Im≥10% | | rowspan="3" | I | ||
| | | 电压 | ||
| 注1:在诸如验证是否满足标准、解决争议等需要精确测量时,推荐使用I类仪器。任何满足I类要求的两台仪 器,在与同一信号相连时,会得到与规定准确度相符的结果(或显示过载状态)。 | | Um≥1%Unom <br />Um<1%Unom | ||
| ±5%Um <br />±0.05%Unom | |||
|- | |||
| 电流 | |||
| Im≥3%Inom <br />Im<3%Inom | |||
| ±5%Im <br />±0.15%Inom | |||
|- | |||
| 功率 | |||
| Pm≥150 W <br />Pm<150 W | |||
| ±1%Pm <br />±1.5W | |||
|- style="vertical-align:middle;" | |||
| rowspan="2" | Ⅱ | |||
| 电压 | |||
| Um≥3%Unom <br />Um<3%Unom | |||
| ±5%Um <br />±0.15%Unom | |||
|- | |||
| 电流 | |||
| Im≥10%Inom <br />Im<10%Inom | |||
| 士5%Im <br />±0.5%Inom | |||
|- style="text-align:left; vertical-align:middle;" | |||
| colspan="4" | Inom:测量仪器的标称电流范围; Unom:测量仪器的标称电压范围; Um,Im和Pm:测量值。 | |||
|- style="text-align:left;" | |||
| colspan="4" style="vertical-align:middle;" | 注1:在诸如验证是否满足标准、解决争议等需要精确测量时,推荐使用I类仪器。任何满足I类要求的两台仪 器,在与同一信号相连时,会得到与规定准确度相符的结果(或显示过载状态)。 <br />注2:I类仪器推荐用于发射测量。Ⅱ类仪器推荐用于常规普查,也可用于允许不确定度增大的情况下,测量结 果明显不会超过限值的发射测量;实际上,这表示谐波测量值应低于允许限值的90%。 <br />注3:此外,对于I类测量仪器,各个通道间的相移需小于h×1°。 | |||
|} | |||
应对测量仪器测量频率范围之外的频率分量进行衰减处理,以免影响测量结果。为得到合适的衰 减,仪器可对输入信号以远高于测量范围的频率进行采样。例如,被分析信号可能会有超过25 kHz 的 分量,而仪器所考虑分量的最高频率却不超过2 kHz 。 这时应提供抗混叠低通滤波器,其-3dB 的截止 频点应高于测量范围,带外衰减应大于50 dB。 | 应对测量仪器测量频率范围之外的频率分量进行衰减处理,以免影响测量结果。为得到合适的衰 减,仪器可对输入信号以远高于测量范围的频率进行采样。例如,被分析信号可能会有超过25 kHz 的 分量,而仪器所考虑分量的最高频率却不超过2 kHz 。 这时应提供抗混叠低通滤波器,其-3dB 的截止 频点应高于测量范围,带外衰减应大于50 dB。 | ||
第605行: | 第628行: | ||
制造商应标明仪器自身和内部校准器(如果提供的话)受主要影响因素(温度、辅助电源电压等)引 起的误差。 | 制造商应标明仪器自身和内部校准器(如果提供的话)受主要影响因素(温度、辅助电源电压等)引 起的误差。 | ||
=== 5.4 测 量 布 置 与 供 电 电 压 === | === 5.4 测 量 布 置 与 供 电 电 压 === | ||
第696行: | 第719行: | ||
图 3 用 于 三 相 设 备 发 射 测 量 的 测 量 布 置 | 图 3 用 于 三 相 设 备 发 射 测 量 的 测 量 布 置 | ||
5.4.2 发射评估中使用的供电电压 | 5.4.2 发射评估中使用的供电电压 | ||
第745行: | 第766行: | ||
b) 输出电压应维持在标称值的±2%,频率应维持在标称值的±0.5%范围之内。 | b) 输出电压应维持在标称值的±2%,频率应维持在标称值的±0.5%范围之内。 | ||
c) 对于三相电源供电情况,电压不平衡度应低于IEC 61000-2-2 中所规定的不平衡电压兼容水 平的50%。 | c) 对于三相电源供电情况,电压不平衡度应低于IEC 61000-2-2 中所规定的不平衡电压兼容水 平的50%。 | ||
第797行: | 第818行: | ||
(8) | (8) | ||
第835行: | 第856行: | ||
表 2 依据窗口宽度的平滑滤波器的系数 | 表 2 依据窗口宽度的平滑滤波器的系数 | ||
| | {| class="wikitable" | ||
| - | |||
|- | |||
| 50 | 10 | ≈1/200 | 8.012 | 7.012 | | ! 频率 !! 时间窗内周期数N !! 数字低通滤波器采样率 ms !! α !! β | ||
| 60 | 12 | ≈1/200 | 8.012 | 7.012 | | |||
| 50 | 16 | ≈1/320 | 5.206 | 4.206 | | |- | ||
| 60 | 16 | ≈1/267 | 6.14 | 5.14 | | | 50 || 10 || ≈1/200 || 8.012 || 7.012 | ||
|- | |||
| 60 || 12 || ≈1/200 || 8.012 || 7.012 | |||
|- | |||
| 50 || 16 || ≈1/320 || 5.206 || 4.206 | |||
|- | |||
| 60 || 16 || ≈1/267 || 6.14 || 5.14 | |||
|} | |||
对于基波分量YH,1, 应对从“输出1”输出的方均根值YH,1 进行同样的平滑处理(若需要,例如对于 IEC61000-3-2 的 C 类以及可能的畸变系数)。 | 对于基波分量YH,1, 应对从“输出1”输出的方均根值YH,1 进行同样的平滑处理(若需要,例如对于 IEC61000-3-2 的 C 类以及可能的畸变系数)。 | ||
第859行: | 第891行: | ||
为与谐波电压的调查相协调(见 IEC 61000-4-30),极力推荐一种更好的平滑方式:在根据式(8)计 算出的各谐波分量均方根值的基础上,其输出是对连续15个时间窗结果的平滑,每个时间窗(大约 | 为与谐波电压的调查相协调(见 IEC 61000-4-30),极力推荐一种更好的平滑方式:在根据式(8)计 算出的各谐波分量均方根值的基础上,其输出是对连续15个时间窗结果的平滑,每个时间窗(大约 | ||
200 ms)或每15个时间窗(大约3 s)更新 一 次。 | 200 ms)或每15个时间窗(大约3 s)更新 一 次。 | ||
第919行: | 第951行: | ||
1) IEC 61000-4-7:1991,电磁兼容(EMC) 第4-7部分:试验和测量技术 供电系统及所连设备谐波、间谐波的测 量和测量仪器导则。 | 1) IEC 61000-4-7:1991,电磁兼容(EMC) 第4-7部分:试验和测量技术 供电系统及所连设备谐波、间谐波的测 量和测量仪器导则。 | ||
注:过渡期是必要的,因为在使用如5.5.1所述的分群方法之前,IEC 61000-3-2和IEC 61000-3-12的改变对一些设 备(例如那些使用对称多周期控制的设备)是必要的。 | 注:过渡期是必要的,因为在使用如5.5.1所述的分群方法之前,IEC 61000-3-2和IEC 61000-3-12的改变对一些设 备(例如那些使用对称多周期控制的设备)是必要的。 | ||
第943行: | 第975行: | ||
注:鉴于安全和绝缘要求而采用IEC 61010-1时,需考虑输入电路(电压和电流)可能会直接连接到供电电源的电 压 上 。 | 注:鉴于安全和绝缘要求而采用IEC 61010-1时,需考虑输入电路(电压和电流)可能会直接连接到供电电源的电 压 上 。 | ||
附 录 A | 附 录 A | ||
第997行: | 第1,029行: | ||
对间谐波的准确度要求与谐波测量相同,参见表1。 | 对间谐波的准确度要求与谐波测量相同,参见表1。 | ||
附 录 B | 附 录 B | ||
第1,049行: | 第1,081行: | ||
DFT 的原始输出(图1中的“输出1”)应按200 Hz 的带宽分群(见图 B.1), 起点在高于谐波范围之 | DFT 的原始输出(图1中的“输出1”)应按200 Hz 的带宽分群(见图 B.1), 起点在高于谐波范围之 | ||
上的第1个中心带宽。第1个群的中心频率对于50 Hz 以及60 Hz 系统分别为2.1kHz 和2.5 kHz。 每个频带的输出YB,b是方均根值,见式(B.1): | 上的第1个中心带宽。第1个群的中心频率对于50 Hz 以及60 Hz 系统分别为2.1kHz 和2.5 kHz。 每个频带的输出YB,b是方均根值,见式(B.1): | ||
第1,101行: | 第1,133行: | ||
发射测量时,需要测量 AMN 与 EUT 之间导线上的电流,如图 B.3 中的B 点。 | 发射测量时,需要测量 AMN 与 EUT 之间导线上的电流,如图 B.3 中的B 点。 | ||
第1,108行: | 第1,140行: | ||
PE | PE | ||
第1,125行: | 第1,151行: | ||
网络2是由3个网络1单元组成,并将所有的中性点连接在一起。 | 网络2是由3个网络1单元组成,并将所有的中性点连接在一起。 | ||
1Ω | 1Ω | ||
第1,271行: | 第1,297行: | ||
f ——频率,单位为赫兹(Hz)。 | f ——频率,单位为赫兹(Hz)。 | ||
附 录 C | 附 录 C | ||
第1,315行: | 第1,341行: | ||
实际上,求和式中系数的个数应限制:k=1,…K 。 如果对于频率fk≤K×fm 有限带宽信号,下标 | 实际上,求和式中系数的个数应限制:k=1,…K 。 如果对于频率fk≤K×fm 有限带宽信号,下标 | ||
k>K 的系数则没有“功率”,在式(C.4) 的求和式里可不考虑这些系数。但该频率fk 应远超过仪器的 工作频率范围 。 | k>K 的系数则没有“功率”,在式(C.4) 的求和式里可不考虑这些系数。但该频率fk 应远超过仪器的 工作频率范围 。 | ||
第1,357行: | 第1,383行: | ||
时间/s | 时间/s | ||
第1,405行: | 第1,431行: | ||
某连续运行的微波器具会产生(含有)3次谐波电流,例如1A, 它的平均功率由多周期过零的方法控制(例如,按 5 Hz的速率重复,占空系数为50%)。图 C.3 表示了3次谐波电流的时间函数及其相应的频谱。总的电流方均根值应 为0.707 A 。3次谐波频谱分量的方均根值为0.5 A, 相应的误差为29.3%。由谐波子群得到的值为0.673 A, 误差仅为 4.8%,而由谐波群得到的值为0.692 A, 误差也减少到了2.0%。 | 某连续运行的微波器具会产生(含有)3次谐波电流,例如1A, 它的平均功率由多周期过零的方法控制(例如,按 5 Hz的速率重复,占空系数为50%)。图 C.3 表示了3次谐波电流的时间函数及其相应的频谱。总的电流方均根值应 为0.707 A 。3次谐波频谱分量的方均根值为0.5 A, 相应的误差为29.3%。由谐波子群得到的值为0.673 A, 误差仅为 4.8%,而由谐波群得到的值为0.692 A, 误差也减少到了2.0%。 | ||
第1,461行: | 第1,487行: | ||
图 C.4 178 Hz 的通信信号以及3次、5次谐波 | 图 C.4 178 Hz 的通信信号以及3次、5次谐波 | ||
注1:对于频率为非“基本频率”整数倍的信号来说,其“泄漏”效应就是在原有的谐波矢量上添加了一个附加矢量 (见图C.7) 。 同一频率的附加矢量与原始谐波矢量之间的相位角在各个时间窗中的增加(或减少)几乎相等。 合成矢量的大小则根据实际相位角的不同在这两个矢量差及矢量和的幅值之间变化。在所给的示例中,原始 谐波矢量的大小为11.5 V,150 Hz时≈1.2 V、250 Hz时≈0.4 V (见图 C.4),则合成矢量的大小对于150 Hz 在≈10.3 V 和≈12.7V 之间变化,对于250 Hz 在≈11.1V 和≈11.9 V 之间变化。由许多个毗邻时间窗得到 的合成矢量的方均根值等于原始谐波矢量与附加矢量共同的方均根值,该例中150 Hz 时11.56 V 、250 Hz 时 | 注1:对于频率为非“基本频率”整数倍的信号来说,其“泄漏”效应就是在原有的谐波矢量上添加了一个附加矢量 (见图C.7) 。 同一频率的附加矢量与原始谐波矢量之间的相位角在各个时间窗中的增加(或减少)几乎相等。 合成矢量的大小则根据实际相位角的不同在这两个矢量差及矢量和的幅值之间变化。在所给的示例中,原始 谐波矢量的大小为11.5 V,150 Hz时≈1.2 V、250 Hz时≈0.4 V (见图 C.4),则合成矢量的大小对于150 Hz 在≈10.3 V 和≈12.7V 之间变化,对于250 Hz 在≈11.1V 和≈11.9 V 之间变化。由许多个毗邻时间窗得到 的合成矢量的方均根值等于原始谐波矢量与附加矢量共同的方均根值,该例中150 Hz 时11.56 V 、250 Hz 时 | ||
第1,523行: | 第1,549行: | ||
第2种组合方式更符合“物理意义”,因为245 Hz 和255 Hz 的频谱分量并不在“泄漏”的包络线之中。如果注意观 察几个毗邻的时间窗的频谱的话,这一点就很清楚了。 | 第2种组合方式更符合“物理意义”,因为245 Hz 和255 Hz 的频谱分量并不在“泄漏”的包络线之中。如果注意观 察几个毗邻的时间窗的频谱的话,这一点就很清楚了。 | ||
电压幅值/V | 电压幅值/V | ||
第1,657行: | 第1,683行: | ||
图 C.6 调制后的5次谐波和频率为287 Hz 的 间 谐 波 | 图 C.6 调制后的5次谐波和频率为287 Hz 的 间 谐 波 | ||
5次谐波两侧旁带得到的频谱分量主要是泄漏效应的结果。对于一个波动的谐波来说,谐波旁带频率(即245 Hz 和255 Hz) 分量的矢量,其大小相等,方向相反。矢量的大小在恒定的调制深度下保持不变。但是,如果调制频率不是 基本频率的整数倍,其角度从一个时间窗到下一个时间窗会一步一步地旋转。由频率为287 Hz 的间谐波得到的矢量的 大小也几乎保持不变,但因为该间谐波在时间窗中的位置在改变,所以对各个时间窗来说该间谐波矢量的角度在改变。 当然,由调制和泄漏合成的矢量,其大小和角度在不同的时间窗内也在改变。图C.7 表 示 的 是 图 C.6 所示的时间窗内 5次谐波上下各5 Hz 的分量。这时,相对于“调制”矢量来说,245 Hz 的合成幅值是增加了,而255 Hz 的合成幅值是减 小了。在其他的时间窗内由287 Hz 的信号产生的矢量就有其他的角度,相应的合成矢量的幅值也就不同。频谱的时间 表示方式在245 Hz 和255 Hz 处显示出频谱分量的波动,而该时间段的平均值却近似于“调制”和“泄漏”矢量的共同的 方均根值。 | 5次谐波两侧旁带得到的频谱分量主要是泄漏效应的结果。对于一个波动的谐波来说,谐波旁带频率(即245 Hz 和255 Hz) 分量的矢量,其大小相等,方向相反。矢量的大小在恒定的调制深度下保持不变。但是,如果调制频率不是 基本频率的整数倍,其角度从一个时间窗到下一个时间窗会一步一步地旋转。由频率为287 Hz 的间谐波得到的矢量的 大小也几乎保持不变,但因为该间谐波在时间窗中的位置在改变,所以对各个时间窗来说该间谐波矢量的角度在改变。 当然,由调制和泄漏合成的矢量,其大小和角度在不同的时间窗内也在改变。图C.7 表 示 的 是 图 C.6 所示的时间窗内 5次谐波上下各5 Hz 的分量。这时,相对于“调制”矢量来说,245 Hz 的合成幅值是增加了,而255 Hz 的合成幅值是减 小了。在其他的时间窗内由287 Hz 的信号产生的矢量就有其他的角度,相应的合成矢量的幅值也就不同。频谱的时间 表示方式在245 Hz 和255 Hz 处显示出频谱分量的波动,而该时间段的平均值却近似于“调制”和“泄漏”矢量的共同的 方均根值。 | ||
第1,707行: | 第1,733行: | ||
图 C.7 频 率 分 别 为 2 4 5 Hz 和 2 5 5 Hz 处 的 矢 量 | 图 C.7 频 率 分 别 为 2 4 5 Hz 和 2 5 5 Hz 处 的 矢 量 | ||
参 考 文 献 | 参 考 文 献 |