諧波電流是怎樣對(duì)電氣設(shè)備造成干擾的?

在電源的運(yùn)行過(guò)程中，諧波干擾是最常見(jiàn)的，工程師們往往需要不斷的升級(jí)PFC電路來(lái)改進(jìn)自家的電源產(chǎn)品，如何定位電源運(yùn)行時(shí)的每一次諧波值和頻率呢，本文給出答案。

對(duì)于精密電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，最怕遇到的就是來(lái)自外部干擾的沖擊，這往往是致命的。事實(shí)上，外部干擾無(wú)處不在，比如在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，電網(wǎng)就無(wú)時(shí)無(wú)刻都在被諧波電流沖擊，這同樣會(huì)對(duì)用電網(wǎng)絡(luò)中的精密電子設(shè)備形成嚴(yán)重干擾。那么這種干擾是怎樣形成的呢?

在用電網(wǎng)絡(luò)中，存在許多非線(xiàn)性負(fù)載，如：中頻爐、變頻器、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電子鎮(zhèn)流器等工作電流劇烈變化的設(shè)備，會(huì)向電網(wǎng)注入諧波電流。這類(lèi)諧波電流產(chǎn)生的電壓畸變?nèi)菀讓?dǎo)致PLC、數(shù)控機(jī)床、計(jì)算機(jī)、精密儀器等設(shè)備受到干擾，出現(xiàn)工作異常。

要記住：非線(xiàn)性負(fù)載向電網(wǎng)發(fā)射的諧波電流本身并不會(huì)對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生影響，我們所看到的諧波對(duì)其他設(shè)備的影響，是諧波電流通過(guò)電網(wǎng)的阻抗產(chǎn)生諧波電壓產(chǎn)生的。關(guān)于這種現(xiàn)象的解釋如下圖所示：

這里設(shè)備1是產(chǎn)生諧波電流的設(shè)備，它工作時(shí)向電網(wǎng)注入諧波電流。由于電網(wǎng)有一定的阻抗，電網(wǎng)的阻抗包括，變壓器的阻抗Z0，線(xiàn)路的阻抗Z1和Z2，總的阻抗就Z=(Z0+Z1+Z2)。當(dāng)設(shè)備1向電網(wǎng)注入諧波電流時(shí)(記為In)，則在電網(wǎng)的阻抗Z上產(chǎn)生了諧波電壓(記為Un)，于是設(shè)備2的電源輸入端就出現(xiàn)了諧波電壓Un。如果諧波電壓超過(guò)了設(shè)備2能夠承受的程度，設(shè)備2就會(huì)受到這個(gè)諧波電壓的干擾。一般電子設(shè)備允許的諧波畸變率為UTHD<5%。

在現(xiàn)實(shí)中，設(shè)備1往往是中頻爐、變頻器、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等工作電流發(fā)生劇烈變化的設(shè)備，設(shè)備2往往是PLC、數(shù)控機(jī)床、計(jì)算機(jī)、精密測(cè)量?jī)x器等設(shè)備。諧波對(duì)其他設(shè)備造成的不良影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

l 數(shù)字控制設(shè)備，PLC、數(shù)控機(jī)床等，發(fā)生誤動(dòng)作;

l 信號(hào)采集系統(tǒng)、測(cè)量?jī)x器等的精度降低;

l 電動(dòng)機(jī)發(fā)生抖動(dòng)、過(guò)熱。

從上述原理可知，諧波源負(fù)載是否會(huì)對(duì)同一個(gè)電網(wǎng)上的電子設(shè)備造成干擾，主要取決于電子設(shè)備的電源線(xiàn)輸入端電壓諧波畸變的大小，以及電子設(shè)備供電電源的抗干擾能力。

諧波源負(fù)載產(chǎn)生同樣的諧波電流的情況下，與變壓器之間的距離越遠(yuǎn)，則對(duì)應(yīng)的電網(wǎng)阻抗越大，引起的電壓畸變就越大，越容易對(duì)同一個(gè)電網(wǎng)上的電子設(shè)備形成干擾。而不同的電子設(shè)備抗畸變電壓的能力也有優(yōu)劣之分，在同一供電網(wǎng)絡(luò)，某臺(tái)電子設(shè)備會(huì)受干擾，并不意味著所有的電子設(shè)備在這個(gè)位置都會(huì)受干擾。

因此，對(duì)于非線(xiàn)性負(fù)載，需要使用功率分析儀測(cè)試其諧波電流是否超出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值。致遠(yuǎn)PA全系列功率分析儀支持全球最通用的IEC61000-4-7諧波測(cè)試標(biāo)準(zhǔn);而對(duì)于電能質(zhì)量要求較高的精密設(shè)備，需要對(duì)其供電電源的抗諧波干擾能力進(jìn)行測(cè)試。其中PA8000認(rèn)證級(jí)功率分析儀FFT測(cè)量功能可以分析每一次頻點(diǎn)的能量，最小分辨率為0.1Hz，通過(guò)此功能可以查看每次間諧波的數(shù)據(jù)。

在實(shí)際測(cè)試中，需要測(cè)試電源輸入端的間諧波指標(biāo)，目前業(yè)界目前只有PA8000認(rèn)證級(jí)功率分析儀和PA6000H、PA5000H支持此功能。國(guó)內(nèi)某權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)購(gòu)買(mǎi)的PA5000H正是用于電源抗干擾度測(cè)試。