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变频器谐波分析误差到底是怎么回事?

来源:[db:文章来源] 发布时间:2021-05-06热度:
由于 PWM波形中含有大量的高次谐波,因此, 重载变频器 的输入输出均不符合标准的正弦波形,采用常规的功率分析仪和谐波分析方法会产生很大的误差。 一、采样频率不够造成变频器...

由于 PWM波形中含有大量的高次谐波,因此,重载变频器的输入输出均不符合标准的正弦波形,采用常规的功率分析仪和谐波分析方法会产生很大的误差。


一、采样频率不够造成变频器谐波分析误差


在分析变频器的输出波形时,首先要对信号进行采样。根据采样定理,为了获得信号的所有频谱,采样频率fs必须大于信号最高频率fm的两倍(fs≥2fm)。当fs<2fm时,最高频率只能是fs/2,频率高于fs/2的部分信号会重构为频率低于fs/2的混叠信号,造成频谱混叠,误差严重。


二、变频器谐波分析误差是由测量仪器实际带宽不足造成的。


为了避免混叠,一般功率分析仪的常见做法是增加抗混叠滤波器,限制信号带宽,滤除变频器输出的PWM波中高于fs/2的信号。抗混叠滤波器的带宽是分析仪的实际带宽。这种先滤除谐波再分析谐波的方法,分析结果误差很大,甚至可以说分析结果是错误的。


三、分析算法造成变频器谐波分析误差


目前大多数分析仪都是用FFT算法进行谐波分析。利用快速傅立叶变换谐波分析,首先截取数据序列,然后对信号进行采样,最后通过快速傅立叶变换对信号进行频域离散化。根据 FFT的特点,要求截取的数据序列必须包含一个整周期信号,数据序列中的采样点数必须是2的n次方。实际上,用于快速傅立叶变换的信号周期是最后检测到的信号周期。因为变频器输出的信号周期不完全稳定,必然会产生误差。根据 FFT的要求, FFT算法的局限性是非常明显的:如果从信号中截取的数据序列不是整数个信号周期,就会产生频谱泄漏和严重的误差。


利用FFT谐波分析时,频谱泄漏影响了谐波分析的测量精度,而导致频谱泄漏的最根本原因是采样中周期同步的误差。应对频谱泄漏现象,分析仪的一般方法是利用窗函数来处理,这种方法只是一定程度的抑制谱泄漏,可以说会带来新的误差。


四、测量精度造成变频器谐波分析误差


变频器的谐波分析是以电信号的测量为基础的,功率分析仪测量电信号产生的误差必然会导致分析结果的误差。为了减少测量误差对谐波分析的影响,选择真正高精度的功率分析仪是关键。


五、计算误差


将电信号采样为数字信号后,由功率分析仪进行处理,根据公式计算出有效值、平均值、功率、总谐波畸变和谐波系数等相关参数。


六、选择合适的功率分析仪


针对变频器谐波分析中误差的来源,可以对功率分析仪提出以下几点要求:


(1)采样频率应足够高,满足变频器谐波分析的要求,不低于200kHz。


(2)宽带应该是变频开关频率的6倍以上,带宽不应该小于100 kHz。


(3)谐波分析算法采用dft算法,对数据序列的整个周期特点没有要求。


(4)有较强的硬件支持,满足了 DFT算法对运算速度、计算量要求。


(5)采用误差参考条件明确的高精度功率分析仪,参考条件包括实际使用条件。


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