通俗而言，在電力系統(tǒng)把50Hz的電壓或者電流波，叫做基波，不是50Hz的電壓、電流就是諧波。電網(wǎng)中有一些特殊的用電設(shè)備，比如：大功率整流器、中頻爐、變頻器、劣質(zhì)節(jié)能燈等等，這類設(shè)備的工作電流與電壓不成正比，我們稱為非線性的負(fù)載。電機(jī)發(fā)出的電能，本來是比較規(guī)整 的50Hz頻率，但是如果遇到非線性設(shè)備在電網(wǎng)中，這一些設(shè)備工作時，就會產(chǎn)生諧波。比如單相整流器，就把50Hz的基波，“整”成具有100Hz、150Hz、200Hz……等等成分的信號，就出現(xiàn)了諧波。這種會產(chǎn)生諧波的設(shè)備，我們常常叫它“諧波源”。
通常情況下，諧波的頻率為50Hz的整倍數(shù)，諧波用基波的倍數(shù)表示。例如頻率為150Hz的正弦波稱為3次諧波，頻率為250Hz的正弦波稱為5次諧波，頻率為350Hz的正弦波稱為7次諧波，以此類推。
在工頻的諧波電壓和諧波電流之間，同時存在一些不是基波頻率整數(shù)倍的頻率，它們或以離散的頻率、或以一個寬帶頻譜出現(xiàn)，這就是諧間波。
電網(wǎng)信號，是指在電網(wǎng)中由發(fā)射機(jī)產(chǎn)生以便供電公司控制供電網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備（公用照明，計價表等）的信號。通常發(fā)射機(jī)只是以斷續(xù)信號短時工作，所采用的頻率在諧波之間，即頻率范圍為100Hz-3kHz。
2、諧波的危害
諧波的危害：電機(jī)
諧波電壓與諧波電流產(chǎn)生額外的鐵損與銅損 ,導(dǎo)致電機(jī)的額外發(fā)熱，降低電機(jī)的效率產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩致使電動機(jī)振動加劇，影響電機(jī)壽命和輸出轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定性。
諧波電壓降低了絕緣介質(zhì)強(qiáng)度，加速線圈絕緣的老化，降低電機(jī)使用壽命。
諧波的危害：電纜
諧波電流會使電纜過載、導(dǎo)致過熱 、發(fā)生絕緣破壞而燒毀。
對高頻率諧波電流，電纜呈現(xiàn)集膚效應(yīng), 使額定載流量減少，增大漏電流，引起單相對地?fù)舸斐扇喽搪贰?/span>
零序（3的倍數(shù)次）諧波電流會導(dǎo)致三相四線系統(tǒng)的中線過載、損壞。
諧波的危害：系統(tǒng)諧振
諧波電流可使電容器介質(zhì)損耗增加，發(fā)熱和壽命縮短；大量吸收諧波會導(dǎo)致電容器過流，引起熔絲熔斷。
電容器與電網(wǎng)電感形成串聯(lián)諧振回路，能引起諧波的放大，電容燒毀等。
引起系統(tǒng)諧振導(dǎo)致，電容器組、電抗器組及相關(guān)用電設(shè)備，因過電流或過電壓，而損壞或無法投入運(yùn)行。
諧波的危害：通信 網(wǎng)絡(luò)
干擾信息、數(shù)據(jù)、通信系統(tǒng)，造成系統(tǒng)死機(jī)或控制失常、停機(jī)，嚴(yán)重的會丟失實(shí)時數(shù)據(jù)，造成不可估量的損失。
通信系統(tǒng)實(shí)行的聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，如中心數(shù)據(jù)處理中心發(fā)生故障，將造成整個聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的癱瘓，而高次諧波就能造成數(shù)據(jù)處理中心主機(jī)的誤操作和死機(jī)。
諧波也會造成通信儀器的誤動作和死機(jī)，給通信行業(yè)和用戶帶來麻煩，造成了通信行業(yè)和用戶的糾紛。
諧波的危害：醫(yī)院
出現(xiàn)數(shù)據(jù)差錯；圖像模糊；信息丟失；一些先進(jìn)的醫(yī)療設(shè)備具有高靈敏微電子器件，諧波干擾容易使設(shè)備無法正常工作。
諧波的危害：其他
改變保護(hù)繼電器的動作特性引起誤動作、造成繼電保護(hù)等自動裝置工作紊亂。
諧波延緩電弧熄滅，影響斷路器的分?jǐn)嗳萘俊?/span>
使計量儀表特別是感應(yīng)式電能表產(chǎn)生計量誤差。
干擾鄰近的電力電子設(shè)備、工業(yè)控制設(shè)備，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。
3、諧波、諧間波及電網(wǎng)信號抗擾度測量波形介紹
諧波、諧間波及電網(wǎng)信號的低頻抗擾度測試，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB17626.13（IEC 61000-4-13）有四類試驗(yàn)方法（波形）：諧波組合試驗(yàn)（平頂波和尖頂波）、掃頻試驗(yàn)、單個諧波和諧間波試驗(yàn)，以及Meister曲線試驗(yàn)。
3.1諧波組合試驗(yàn)（平頂波和尖頂波）
諧波組合試驗(yàn)包括平頂波和尖頂波兩個試驗(yàn)。EUT每種組合波都要進(jìn)行試驗(yàn)。
平頂波
平頂波電壓隨時間變化，每個半波由三部分組成，波形如下：
第1部分：從零開始，按純正弦函數(shù)變化，對于等級2達(dá)到峰值的90%，對于等級三達(dá)到峰值的80%。
第2部分：是恒定電壓。
第3部分：于第1部分相對應(yīng)。
平頂波波形圖
尖頂波
尖頂波是由相應(yīng)的相位關(guān)系的離散的3次諧波和5次諧波疊加而產(chǎn)生。波形如下：
尖頂波波形圖
3.2掃頻試驗(yàn)
頻率掃描測量波形示例如下圖：
掃頻測量波形圖
3.3單個諧波和諧間波試驗(yàn)
單個諧波是指在2f1~40f1頻率范圍內(nèi)的諧波。這些諧波按照試驗(yàn)等級將單個正弦波電壓施加到基波電壓上。
諧間波是在16Hz~2000Hz頻率范圍內(nèi)的諧波。諧間波按照一定的步長，將試驗(yàn)等級的單個正弦波電壓施加到基波電壓上。
測量波形如下：
多次諧波試驗(yàn)序列示意圖
3.4Meister曲線試驗(yàn)
具有電網(wǎng)信號和/或紋波控制的電網(wǎng)中使用的設(shè)備，需要施加Meister曲線試驗(yàn)，波形如下：
Meister曲線波形（100Hz-3kHz）
4、諧波、諧間波及電網(wǎng)信號抗擾度試驗(yàn)等級和試驗(yàn)要求
4.1諧波組合試驗(yàn)等級和要求
1）平頂波
平頂波試驗(yàn)等級見下表：
|
等級 |
函數(shù) |
電壓比Ky |
電壓 |
函數(shù) |
電壓 |
|
（第1和3部分） |
（第1和3部分） |
（第2部分） |
（第2部分） |
|
1 |
0 ≤ |sin(ωt)| ≤ 0.95 |
1.0133 |
u = U1 × K1 × √2 × sin(ωt) |
0.95 ≤ |sin(ωt)| ≤ 1 |
u = ±0.95 × U1 × K1 × √2 |
|
2 |
0 ≤ |sin(ωt)| ≤ 0.9 |
1.0379 |
u = U1 × K2 × √2 × sin(ωt) |
0.9 ≤ |sin(ωt)| ≤ 1 |
u = ±0.9 × U1 × K2 × √2 |
|
3 |
0 ≤ |sin(ωt)| ≤ 0.8 |
1.1117 |
u = U1 × K3 × √2 × sin(ωt) |
0.8 ≤ |sin(ωt)| ≤ 1 |
u = ±0.8 × U1 × K3 × √2 |
|
x |
0 ≤ |sin(ωt)| ≤ x |
x |
u = U1 × Kx × √2 × sin(ωt) |
x ≤ |sin(ωt)| ≤ 1 |
u = ±x × U1 × Kx × √2 |
|
注： |
|
1）x是開放的等級，該等級由相關(guān)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會確定，但是對于低壓共用供電系統(tǒng)供電的設(shè)備，不能低于等級2. |
|
2）最大偏差：Δu = ±(0,01 × U1 × √2 + 0,005 × u). |
平頂波試驗(yàn)時間（Duration）要求為2分鐘，測試波形示意圖如下：
2）尖頂波
尖頂波試驗(yàn)等級見下表：
|
等級 |
h |
3 |
5 |
|
1 |
U1% |
4 % / 180° |
3 % / 0° |
|
2 |
U1% |
6 % / 180° |
4 % / 0° |
|
3 |
U1% |
8 % / 180° |
5 % / 0° |
|
x |
U1% |
x / 180° |
x / 0° |
|
注： |
|
1）x是開放的等級，該等級由相關(guān)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會確定，但是對于低壓共用供電系統(tǒng)供電的設(shè)備，不能低于等級2. |
尖頂波試驗(yàn)時間（Duration）要求為2分鐘，測試波形示意圖如下：
4.2掃頻試驗(yàn)等級和要求
掃頻試驗(yàn)時的頻率等級如下表：
|
頻率范圍 f |
頻率步長Δf |
等級1 |
等級2 |
等級3 |
等級x |
|
試驗(yàn)水平U1% |
試驗(yàn)水平U1% |
試驗(yàn)水平U1% |
試驗(yàn)水平U1% |
|
0.33f1 ~ 2f1 |
0.1f1 |
2 |
3 |
4.5 |
開放的 |
|
2f1 ~ 10f1 |
0.2f1 |
5 |
9 |
14 |
開放的 |
|
10f1 ~ 20f1 |
0.2f1 |
4 |
4.5 |
9 |
開放的 |
|
20f1 ~ 30f1 |
0.5f1 |
2 |
2 |
6 |
開放的 |
|
30f1 ~ 40f1 |
0.5f1 |
2 |
2 |
4 |
開放的 |
|
注： |
|
1）x是開放的等級，該等級由相關(guān)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會確定，但是對于低壓共用供電系統(tǒng)供電的設(shè)備，不能低于等級2。 |
各頻率范圍的掃頻幅值見上表，頻率掃描的速率不小于每10倍頻程5分鐘。掃頻中遇到EUT性能異常的頻點(diǎn)以及所由的諧振點(diǎn)，應(yīng)在每個頻率點(diǎn)駐留是按至少為120s。測量波形如下：
4.3單個諧波、諧間波試驗(yàn)等級和要求
1）單個諧波
單個諧波的試驗(yàn)等級如下表：
|
非3的倍數(shù)的奇次諧波試驗(yàn)等級 |
|
h |
等級1 |
等級2 |
等級3 |
等級X |
|
試驗(yàn)水平U1% |
試驗(yàn)水平U1% |
試驗(yàn)水平U1% |
試驗(yàn)水平U1% |
|
5 |
4.5 |
9 |
12 |
開放 |
|
7 |
4.5 |
7.5 |
10 |
開放 |
|
11 |
4.5 |
5 |
7 |
開放 |
|
13 |
4 |
4.5 |
7 |
開放 |
|
17 |
3 |
3 |
6 |
開放 |
|
19 |
2 |
2 |
6 |
開放 |
|
23 |
2 |
2 |
6 |
開放 |
|
25 |
2 |
2 |
6 |
開放 |
|
29 |
1.5 |
1.5 |
5 |
開放 |
|
31 |
1.5 |
1.5 |
3 |
開放 |
|
35 |
1.5 |
1.5 |
3 |
開放 |
|
37 |
1.5 |
1.5 |
3 |
開放 |
|
注： |
|
1）x是開放的等級，該等級由相關(guān)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會確定，但是對于低壓共用供電系統(tǒng)供電的設(shè)備，不能低于等級2。 |
|
3的倍數(shù)的奇次諧波試驗(yàn)等級 |
|
h |
等級1 |
等級2 |
等級3 |
等級X |
|
試驗(yàn)水平U1% |
試驗(yàn)水平U1% |
試驗(yàn)水平U1% |
試驗(yàn)水平U1% |
|
3 |
4.5 |
8 |
9 |
開放 |
|
9 |
2 |
2.5 |
4 |
開放 |
|
15 |
不試驗(yàn) |
不試驗(yàn) |
3 |
開放 |
|
21 |
不試驗(yàn) |
不試驗(yàn) |
2 |
開放 |
|
37 |
不試驗(yàn) |
不試驗(yàn) |
2 |
開放 |
|
33 |
不試驗(yàn) |
不試驗(yàn) |
2 |
開放 |
|
39 |
不試驗(yàn) |
不試驗(yàn) |
2 |
開放 |
|
注： |
|
1）x是開放的等級，該等級由相關(guān)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會確定，但是對于低壓共用供電系統(tǒng)供電的設(shè)備，不能低于等級2。 |
|
偶次諧波試驗(yàn)等級 |
|
h |
等級1 |
等級2 |
等級3 |
等級X |
|
試驗(yàn)水平U1% |
試驗(yàn)水平U1% |
試驗(yàn)水平U1% |
試驗(yàn)水平U1% |
|
2 |
3 |
3 |
3 |
開放 |
|
4 |
1.5 |
1.5 |
2 |
開放 |
|
6 |
不試驗(yàn) |
不試驗(yàn) |
1.5 |
開放 |
|
8 |
不試驗(yàn) |
不試驗(yàn) |
1.5 |
開放 |
|
10 |
不試驗(yàn) |
不試驗(yàn) |
1.5 |
開放 |
|
12~40 |
不試驗(yàn) |
不試驗(yàn) |
1.5 |
開放 |
|
注： |
|
1）x是開放的等級，該等級由相關(guān)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會確定，但是對于低壓共用供電系統(tǒng)供電的設(shè)備，不能低于等級2。 |
在2f1~40 f1頻率范圍內(nèi)將上表幅值單個正弦波電壓施加到基波電壓U1上，每個頻率施加時間（Dwell Time）為5s，間隔（Pause Time）1s再施加下一個頻率。
大于或等于3%等級的諧波電壓（直到9次諧波）時，在基波0和180相位應(yīng)分別施加試驗(yàn)等級，小于3%的試驗(yàn)等級的諧波電壓沒有相位要求。
試驗(yàn)波形如下：
2）諧間波
諧間波試驗(yàn)等級見下表：
|
諧波頻率之間的頻率試驗(yàn)等級（50Hz） |
|
頻率范圍 |
等級1 |
等級2 |
等級3 |
等級X |
|
Hz |
試驗(yàn)水平U1% |
試驗(yàn)水平U1% |
試驗(yàn)水平U1% |
試驗(yàn)水平U1% |
|
16~100 |
不試驗(yàn) |
2.5 |
4 |
開放 |
|
100~500 |
不試驗(yàn) |
5 |
9 |
開放 |
|
500~750 |
不試驗(yàn) |
3.5 |
5 |
開放 |
|
750~1000 |
不試驗(yàn) |
2 |
3 |
開放 |
|
1000~2000 |
不試驗(yàn) |
1.5 |
2 |
開放 |
|
注：x是開放的等級，該等級由相關(guān)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會確定。 |
|
諧波頻率之間的頻率試驗(yàn)等級（60Hz） |
|
頻率范圍 |
等級1 |
等級2 |
等級3 |
等級X |
|
Hz |
試驗(yàn)水平U1% |
試驗(yàn)水平U1% |
試驗(yàn)水平U1% |
試驗(yàn)水平U1% |
|
20~120 |
不試驗(yàn) |
2.5 |
4 |
開放 |
|
120~600 |
不試驗(yàn) |
5 |
7.5 |
開放 |
|
600~900 |
不試驗(yàn) |
3.5 |
5 |
開放 |
|
900~1200 |
不試驗(yàn) |
2 |
3 |
開放 |
|
1200~2400 |
不試驗(yàn) |
1.5 |
2 |
開放 |
|
注：x是開放的等級，該等級由相關(guān)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會確定。 |
諧間波試驗(yàn)每頻率步長施加時間（Dwell Time）為5s，間隔（Pause Time）1s再施加下一個頻率。
諧間波的頻率步長見下表：
|
頻率范圍 f |
頻率步長Δf |
|
0.33f1 ~ 2f1 |
0.1f1 |
|
2f1 ~ 10f1 |
0.2f1 |
|
10f1 ~ 20f1 |
0.2f1 |
|
20f1 ~ 40f1 |
0.5f1 |
諧間波測量波形如下：
4.4Meister曲線試驗(yàn)等級和要求
Meister曲線試驗(yàn)等級如下：
|
頻率范圍 f |
頻率步長Δf |
等級1 |
等級2 |
等級3 |
等級x |
|
Hz |
Hz |
試驗(yàn)水平U1% |
試驗(yàn)水平U1% |
試驗(yàn)水平U1% |
試驗(yàn)水平U1% |
|
16.5 ~ 100 |
5 |
不試驗(yàn) |
3 |
4 |
開放的 |
|
100 ~ 500 |
10 |
不試驗(yàn) |
9 |
10 |
開放的 |
|
500 ~ 1000 |
10 |
不試驗(yàn) |
4500/f |
4500/f |
開放的 |
|
1000 ~ 2400 |
25 |
不試驗(yàn) |
4500/f |
4500/f |
開放的 |
|
注：2400Hz是60Hz系統(tǒng)最高頻率，50Hz系統(tǒng)最高頻率為2000Hz。 |
Meister曲線試驗(yàn)適用于等級2的產(chǎn)品。試驗(yàn)時，頻率掃描的速率不少于每10倍頻程5分鐘。
Meister曲線波形如下：
5、諧波、諧間波及電網(wǎng)信號抗擾度試驗(yàn)流程
為了簡化試驗(yàn)，依照試驗(yàn)等級，諧波、諧間波及電網(wǎng)信號抗擾度測試可分為兩個試驗(yàn)流程圖：Class 1/Class 2試驗(yàn)流程圖、Class 3試驗(yàn)流程圖。
Class 1和Class 2試驗(yàn)流程圖
Class 3試驗(yàn)流程圖
6、測試布置
單相EUT試驗(yàn)布置示意圖:
三相EUT試驗(yàn)布置示意圖:
