諧波的趨勢方向和高次諧波

　　諧波的定義

　　根據設備電源所采用的變頻器的輸出，從電壓·電流波形畸變可得知產生了諧波。諧波成分越多，越容易造成馬達·變壓器或電氣設備的異常發熱或異常聲音的增加、保護繼電器或電氣設備的故障、進相電容器所連接的反應器的損耗等，存在引發大事故的可能性。

　　因此，IEC61000-4-7定義了測量方法，IEC61000-3-2等規定了從設備產生的諧波的限值。而且，各國在電力系統方面更制定了規定限值的方針。

　　根據這些規定，必須要保持從接收點產生的諧波不能超過上限值。另一方面，諧波引起的問題，不僅是從特定的設備和客戶那邊流出，從不特定的多個發生源流出的情況也很多。而且，由不特定多個流出的小諧波由于配電網的LC共振發生增幅，引發故障的情況也時有發生。

　　諧波分析

　　首先，要了解諧波有趨勢方向這件事。

　　諧波的流入流出的概念

　　諧波為持有振幅和相位成分的矢量圖，因此在有多個諧波發生源的情況下，僅有趨勢方向是無法確定發生源的。

　　實際上，供給端·負載端雙方都發生諧波的情況較為普遍，因此僅僅根據流入·流出確定發生源是非常困難的。

　　需要將有可能是發生源的設備的工作狀態/停止狀態的時間帶和諧波的電平或諧波電壓電流相位差的趨勢方向等相關情況進行比較，才能弄清楚設備的影響。

　　一般來說，可通過測量諧波的裝置觀測諧波電壓電流相位差進行判斷。

　　三相的情況下，使用諧波電壓電流相位差綜合值(θsum)對三相整體進行判斷諧波是否輸入流出。

　　在-90～0～+90°范圍內，則判斷為流入。

　　在-180°～-90°，+90°～+180°范圍內，則判斷為流出。

　　下面以諧波電壓電流相位差的時序測量數據為基礎進行示例。

　　第5次諧波(綠線)基本為流入。

　　第3次諧波(紅線)為流出。第7次諧波(藍線)為流出。

　　豎線數據顯示超過180°返回-180°(或者相反)。

　　諧波電壓電流相位差時序圖(第3次，第7次)

　　在實際的數據分析中，長時間測量諧波，首先得到諧波電流的振幅電平，判斷是否有較大的(超過限制之類的)諧波電流。

　　然后，根據設備的工作狀況等，推測諧波發生源。

　　需要將有可能是發生源的設備的工作狀態/停止狀態的時間帶和諧波的電平或諧波電壓電流相位差的趨勢方向等相關情況進行比較，才能弄清楚設備的影響。

　　高次諧波

　　近年來，50次諧波以上的頻率的噪音問題多有發生。

　　在這個頻帶的噪音即使發生源電平很小，但由于共振現象發生增幅的結果，引發的問題非常多。

　　一般，設備特別是電源發生的噪音(包含電壓變動)，有閃變IEC61000-3-3、諧波IEC61000-3-2, 綜合諧波畸變 IEC61000-3-12等標準規定，對象一般最大到40次(50Hz時則為2kHz)。另外，電源端子干擾電壓等(CISPR 22/EN55022等)規定的頻帶一般為150kHz以上和幾十kHz左右的噪音。

　　使用HIOKI PW3198可將2kHz～80kHz的成分作為高次諧波進行測量。

　　作為本公司所掌握的事例，有新建筑物中從LED照明產生異常聲音這樣的事例。

　　最多到50次的諧波，即使無法觀測到成為問題點的電平，也可了解到高次諧波較高的情況。

　　將供電設置到另外的系統，從而使得異常聲音消失，由此推測得知原因在于高次諧波所引起的增幅。

　　PW3198記錄示例(高次諧波電流的時序記錄、電壓?電流波形)

　　HIOKI產品介紹

　　PW3198

• 　　 作為電源品質分析儀支持IEC61000-4-30最高級別Class A
• 　　 到50次的各諧波、THD、含有高次諧波的時序記錄、同時可設置限值進行事件檢測
• 　　 2GB SD卡大容量存儲
• 　　 過渡性的高速現象瞬態過電壓用專用的2MHz采樣速度和峰值、時間同時進行波形記錄

　　PW3360-21

• 　　 小型的可進行功率和到40次諧波的時序記錄
• 　　 2GB SD卡大容量存儲