谐波电流是怎样对电气设备造成干扰的

时间:2017-11-02 10:17来源:ZLG致远电子

摘要:在电源的运行过程中,谐波干扰是最常见的,工程师们往往需要不断的升级PFC电路来改进自家的电源产品,如何定位电源运行时的每一次谐波值和频率呢,本文给出答案。

在电源的运行过程中,谐波干扰是最常见的,工程师们往往需要不断的升级 PFC 电路来改进自家的电源产品,如何定位电源运行时的每一次谐波值和频率呢,本文给出答案。

对于精密电子设备来说,最怕遇到的就是来自外部干扰的冲击,这往往是致命的。事实上,外部干扰无处不在,比如在工业现场,电网就无时无刻都在被谐波电流冲击,这同样会对用电网络中的精密电子设备形成严重干扰。那么这种干扰是怎样形成的呢?

在用电网络中,存在许多非线性负载,如:中频炉、变频器、直流电机驱动器、电子镇流器等工作电流剧烈变化的设备,会向电网注入谐波电流。这类谐波电流产生的电压畸变容易导致 PLC、数控机床、计算机、精密仪器等设备受到干扰,出现工作异常。


 

要记住:非线性负载向电网发射的谐波电流本身并不会对其他设备产生影响,我们所看到的谐波对其他设备的影响,是谐波电流通过电网的阻抗产生谐波电压产生的。关于这种现象的解释如下图所示:

 

这里设备1是产生谐波电流的设备,它工作时向电网注入谐波电流。由于电网有一定的阻抗,电网的阻抗包括,变压器的阻抗 Z0,线路的阻抗 Z1 和 Z2,总的阻抗就Z=(Z0+Z1+Z2)。当设备1向电网注入谐波电流时 (记为 In),则在电网的阻抗 Z 上产生了谐波电压 (记为 Un),于是设备2的电源输入端就出现了谐波电压 Un。如果谐波电压超过了设备2能够承受的程度,设备2就会受到这个谐波电压的干扰。一般电子设备允许的谐波畸变率为 UTHD<5%。

 

在现实中,设备1往往是中频炉、变频器、直流电机驱动器等工作电流发生剧烈变化的设备,设备2往往是 PLC、数控机床、计算机、精密测量仪器等设备。谐波对其他设备造成的不良影响主要体现在以下几个方面:

• 数字控制设备,PLC、数控机床等,发生误动作;
• 信号采集系统、测量仪器等的精度降低;
• 电动机发生抖动、过热。

从上述原理可知,谐波源负载是否会对同一个电网上的电子设备造成干扰,主要取决于电子设备的电源线输入端电压谐波畸变的大小,以及电子设备供电电源的抗干扰能力。

谐波源负载产生同样的谐波电流的情况下,与变压器之间的距离越远,则对应的电网阻抗越大,引起的电压畸变就越大,越容易对同一个电网上的电子设备形成干扰。而不同的电子设备抗畸变电压的能力也有优劣之分,在同一供电网络,某台电子设备会受干扰,并不意味着所有的电子设备在这个位置都会受干扰。

因此,对于非线性负载,需要使用功率分析仪测试其谐波电流是否超出相关标准规定的限值。致远 PA 全系列功率分析仪支持全球最通用的 IEC61000-4-7 谐波测试标准;而对于电能质量要求较高的精密设备,需要对其供电电源的抗谐波干扰能力进行测试。其中 PA8000 认证级功率分析仪 FFT 测量功能可以分析每一次频点的能量,最小分辨率为 0.1Hz,通过此功能可以查看每次间谐波的数据。



在实际测试中,需要测试电源输入端的间谐波指标,目前业界目前只有 PA8000 认证级功率分析仪和 PA6000H、PA5000H 支持此功能。国内某权威检测机构购买的 PA5000H 正是用于电源抗干扰度测试。
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