表5 FFT仪器窗宽的基本要求
谐波的类型 | 建议的窗宽Tw/s | 附加要求 | |
准稳态 | 0.1~0.5 | 窗口间可以有间隔 | |
波动 | 0.32(矩形) 0.4~0.5(汉宁) |
无间隔 窗口一半交叠 |
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快速变化 | 0.08~0.16(矩形) | 无间隔 |
表5的规定没有在国标中反映。国内的仪器似乎约定俗成,窗宽均取工频的1个周期。这样的仪器在测量一般带有波动性的谐波时会造成附加误差。所谓波动性,系指谐波中含有次谐波(f<50Hz)分量。因为次谐波分量会造成工频1个周期的波形上下偏移,也就是前半周和后半周的大小和形状发生变化,如图1所示。
. 如取一个工频周期分析波形3,可以证明除于基波外,还有较大的2次、4次等偶次谐波分量。这种情况在分析电弧炉波形时相当明显。表6列出了一台90t交流电弧炉,用不同窗口宽度(矩形窗)测得的35kV谐波电流值(用英国PA4400高精度电力谐波分析仪,现场实测记录)。可以看出用宽窗口测得的谐波含量明显减小,特别是偶次谐波(2次,4次)。这是因为用宽窗口取样,基波变为高次谐波(例如400ms窗口相当于20个工频周期,则工频为分析结果的20次谐波),主要的次谐波成分(即(1)/(20)次以上)不可能影响基波或更高次谐波的分析结果。因此目前基于1个周期采样的FFT仪器不适用于对变化谐波的分析,特别是对波动或快速变化谐波的分析。
图1 工频和次谐波波形的合成
表6 90t交流电弧炉35kV谐波电流值(A)
谐波次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 7 | 11 |
1个周期窗口 | 1224.2 | 65.38 | 79.55 | 30.17 | 62.91 | 24.86 | 10.52 |
400ms窗口 | 1175.6 | 30.22 | 68.25 | 10.80 | 54.29 | 16.49 | 4.98 |
5 关于间谐波(interharmonics)
式中 f1为工频(约50Hz);f0为输出电压的频率。
研究证明,间谐波电压必须限制到足够低的水平[1]:
(1) 25Hz以下间谐波应限制到0.2%以下,以免引起灯光闪烁(闪变);
(2) 对于音频控制的接收机,间谐波电压应限制到0.3%以下,否则会被干扰;
(3) 2.5kHz以下的间谐波电压应不超过0.5%,否则会干扰电视机,引起感应式电动机噪声和振动以及低频继电器的异常;
(4) 2.5~5kHz的间谐波电压如超过0.3%,则会引起无线电收音机或其它音频设备的噪音。
鉴于以上的研究结果,IEC 61000-3-6中建议将间谐波电压水平限制到0.2%以下。另外,在工程中如出现间谐波严重放大情况(这在使用无源滤波器场合经常会发生)时,同样会危及设备的安全运行。因此谐波国标中应增加间谐波的标准和测量方面的规定。