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针对 EMC 噪声的早期对策 — IEC 谐波?电压颠簸 / 闪变?高频噪声

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前言

谐波和电压颠簸 / 闪变测试是电气产物所要求的 IEC 尺度中被称为电能质量低频辐射的 EMC 测试的一部门。 近年来,不仅是功率调治器,通俗家用变频产物的高频噪声也被以为是电能质量的问题。


本应用案例先容了怎样将功率剖析仪 PW8001 活用于噪声对策,举行切合 IEC 尺度的谐波和电压颠簸 / 闪变等低频辐射的丈量,以及高频噪声的丈量要领。

IEC 谐波、电压颠簸 / 闪变测试是什么

在谐波测试中会丈量装备电流消耗波形的畸变分量。谐波电流会导致装备的误行动或故障,并增添功率系统中的无功功率,因此,测试尺度划定了对于谐波电流的限值。


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电压颠簸 / 闪变测试是针对电源电压颠簸和照明闪灼(闪变)的测试。当电源电压因电气产物的消耗电流转变而颠簸时,就会泛起照明闪灼。闪变是一种康健:Γ岣舜床皇,因此测试尺度划定了电压颠簸 / 闪变的限值。


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谐波和电压颠簸 / 闪变测试的 IEC 尺度

每个测试工具都有自己的测试条件和确定限值的尺度,测试必须参照最新的测试尺度。 此外,用于测试的丈量装备也必须切合丈量尺度。功率剖析仪 PW8001 是一款切合 IEC 谐波和电压颠簸 / 闪灼测试尺度的功率剖析仪。


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谐波测试尺度


IEC61000-3-2:每相额定电流小于即是 16A 的装备的测试 IEC61000-3-12 :每相额定电流大于 16A 小于即是 75A 的装备的测试


测试尺度所要求的、而且 PW8001 切合的丈量尺度:IEC 61000-4-7: 2002+A1: 2008


谐波次数 : 0 次~ 200 次


间谐波次数 : 0.5 次~ 200.5 次


电压颠簸 / 闪变测试尺度


IEC61000-3-3:每相额定电流小于即是 16A 的装备


IEC61000-3-11:每相额定电流大于 16A 小于 75A 的装备


测试尺度所要求的、而且 PW8001 切合的丈量尺度:IEC 61000-4-15: 2010


精度:Pst ±5% (Pst= 0.2 ~ 5), dc,dmax: ±4%(dmax=4% 时 )


举行限值判断的评估系统


图 1 显示了谐波、电压颠簸 / 闪变测试系统的框图。IEC 谐波及电压颠簸 / 闪变的测试尺度使用带有交流电源 RIN(ReferenceImpedance Network) 的测试系统。功率剖析仪对丈量工具的电源电压和电流举行丈量,并输出基于丈量尺度的丈量效果。电流丈量使用电撒播感器。云云,无需为丈量电流而布设电源配线,可减轻配线和仪器消耗的影响,在靠近现实事情情形的配线状态下举行丈量。


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电源噪声带来的问题

谐波和电压颠簸 / 闪灼测试是针对低频辐射的测试。可是,在一些使用变频器的情形中,在少少数情形下,变频器装备的开关噪声会发生意想不到的高电平,从而导致周围装备泛起故障(*1)。 为了预防电源噪声引起的问题,对谐波和电压颠簸接纳措施,在装备开发的初期阶段就确认噪声是较量有用的。此外,在早期对噪声问题接纳行动,对于阻止致命的开发延误也很主要。

HIOKI 的丈量解决方案

HIOKI 功率剖析仪 PW8001 的升级固件 2.0 版本除了 IEC 谐波和电压颠簸 / 闪变丈量之外,还包罗功率谱剖析 (PSA) 功效。


举行限值判断的尺度测试的情形下,必须使用专用的测试系统,纵然是在开发初期的评估中,也可以通过检查谐波和电压颠簸来确定趋势,以便尽早接纳措施。例如,若是在改变电源电路设计后发现谐波电流增添,那么可以预见 EMC 测试中会有凌驾限值的可能,因此就可以在早期确定是否需要接纳降噪措施。


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功率谱剖析 (PSA) 功效


功率频谱剖析功效可对电压、电流和功率举行 FFT 剖析,与谐波剖析功效相比,该功效可剖析更高频率(最高 6 MHz)的噪声,从而直观地确认 IEC 谐波或电压颠簸 / 闪变中看不到的噪声。PW8001 可保证最高到 1 MHz 的功率丈量精度,对评估由逆变器或开关电源发生的高频传导噪声十分有用。


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HIOKI 的第三代功率剖析引擎实现了六项“AUTO”丈量


PW8001 可同时并行处置赏罚准确的功率丈量以及谐波和功率谱剖析等所有操作。凭证输入波形的巨细和频率,丈量量程和滤波器特征会在内部自动更新至最佳状态。云云,一次丈量即可准确丈量所有剖析效果,从而实现多角度的验证。


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产物组合示例

PW8001 功率剖析仪可凭证用途选择两种类型的输入单元,并支持额定电流从 2 A 到 2000 A 的种种电撒播感器。凭证所需的丈量精度和丈量频带,可混淆使用两种类型的输入单元最多安装至 8 通道。


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与电撒播感器的组合精度


HIOKI 是业内唯逐一家同时自行开发高性能电撒播感器和功率剖析仪的公司,这种组合带来一骑绝尘的高精度。如表 1 所示,HIOKI 电撒播感器的不仅划定了 50 Hz/60 Hz 的精度,也划定了高频的精度,因此很是适适用于于谐波和噪声剖析。


微信截图_20240304145916.jpg


表 1: PW8001 和电撒播感器的组合精度示例之一

电撒播感器组合丈量精度频率 : ±% of reading ± % of range

PW8001+U7001

+ CT6873 电撒播感器

DC: ±0.05% ±0.057%45 Hz ≤ f ≤ 66 Hz: ±0.05% ±0.052%

5 kHz < f ≦ 10 kHz:±U7001 精度 (0.15% + 0.05%) ± 电撒播感器精度 (0.2% + 0.02%)**

PW8001+U7005

+ CT6873 电撒播感器

DC: ±0.05% ±0.032%45 Hz ≤ f ≤ 66 Hz: ±0.04% ±0.027%

5 kHz < f ≦ 10 kHz U7005 精度 (0.05% + 0.05%) ± 电撒播感器精度 (0.2% + 0.02%)**

** Full scale 误差也思量了电撒播感器额定。其他频率纪录于使用说明书。

各丈量模式的提要参数

表 2 简要显示了 PW8001 IEC 谐波模式的丈量参数。丈量效果可划分显示奇数次和偶数次,便于审查和直观地确认效果。


表 3 和表 4 划分显示了闪变丈量参数和 FFT 以及功率谱剖析功效的简要参数。


表 2: IEC 谐波模式的丈量参数

丈量方式切合 IEC61000-4-7:2002+A1:2008,无间隙重叠
丈量频率设置50 Hz/60 Hz
同步频率规模

为 50 Hz 设置时:45 Hz ~ 55 Hz

z为 60 Hz 设置时:56 Hz ~ 66 Hz

数据更新率约 200 ms 牢靠 (50 Hz 时为 10 个波 , 60 Hz 时为 12 个波 )
剖析次数

谐波:0 次~ 200 次

次间谐波:0.5 次~ 200.5 次

窗口波数为 50 Hz 设置时:10 个波、为 60 Hz 设置时:12 个波
FFT 点数8192 点
丈量精度在各频率设置的同步频率规模内,对各单元的电压、电流、功率、相位测定精度加算 ±0.04% ofrange 。10 kHz 或以上时,再追加 ±0.04% of range


表 3: 闪变丈量参数

丈量通道最多 8 通道
丈量方式切合 IEC 61000-4-15 Ed2.0:2010 闪变仪品级 F2 
丈量项目短期

短期闪变值(Pst)

短期闪变最大值(PstMax)

長期間闪变值(Plt)

瞬态闪变最大值(PinstMax)

瞬态闪变最小值(PinstMin)

相对稳态电压转变(dc)

最大相对电压转变(dmax)

相对电压转变凌驾阈值的时间(Tmax)

丈量频率50 Hz / 60 Hz(仅限 IEC 丈量模式时丈量)
丈量量程Pst, Plt:0.0001 P.U. ~ 6400 P.U. (对数除法 1400 次)
闪变滤波器230 V lamp、120 V lamp
丈量精度

dc, dmax:±4%(dmax = 4% 时)

Pst:±5%(Pst = 0.2 ~ 5)


表 4: PW8001 的功率谱剖析 (PSA) 功效的提要参数

丈量通道

?电压电流波形: 选择通道或接线单元。最多 3 通道

?马达波形: 模拟 DC

运算类型

?RMS 频谱 ( 选择多个通道时为各通道的平均值 )

?功率谱(有功功率(P), 但仅限选择电压电流波形时。选择多个通道时为各通道的相加值(Psum))

FFT 点数1000 点 , 5000 点 , 10,000 点 , 50,000 点 , 100,000 点 , 500,000 点 , 1,000,000 点 , 5,000,000 点
抗混叠自动数字滤波器
窗函数矩形窗、汉宁窗、平顶窗
最大剖析频率

?电压电流波形 : 6 MHz ( 选择 U7005 时 ), 1 MHz 波形 ( 选择 U7005 时 )

?马达波形输入:400kHz

?与波形纪录的压缩率相关联




结语

PW8001 可以凭证 IEC 尺度丈量谐波和电压颠簸 / 闪变。对于“想挣脱电源噪声问题被掩饰,事后才接纳对策的设计逆境”或“想提前解决开关噪声问题”的开发职员,功率谱剖析 (PSA) 功效提供了一种高频噪声的评估要领。如需相识有关该产物的更多信息,请会见产物页面。或致电我司,预约产物演示或咨询相关应用。


*1) 参考文献

西岛健一:“开关电源中安装的 EMC 滤波器的传导 EMI 噪声降低效果的相关研究”,《日本电力电子学会杂志》 Vol.45 

https://www.jstage.jst.go.jp/article/jipe/45/0/45_106/_article/-char/ja/

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