EMC交流电源端口谐波、谐间波及电网信号的低频抗扰度测试解析

1什么是谐波、谐间波及电网信号

通俗而言，在电力系统把50Hz的电压或者电流波，叫做基波，不是50Hz的电压、电流就是谐波。电网中有一些特殊的用电设备，比如：大功率整流器、中频炉、变频器、劣质节能灯等等，这类设备的工作电流与电压不成正比，我们称为非线性的负载。电机发出的电能，本来是比较规整 的50Hz频率，但是如果遇到非线性设备在电网中，这一些设备工作时，就会产生谐波。比如单相整流器，就把50Hz的基波，“整”成具有100Hz、150Hz、200Hz……等等成分的信号，就出现了谐波。这种会产生谐波的设备，我们常常叫它“谐波源”。

通常情况下，谐波的频率为50Hz的整倍数，谐波用基波的倍数表示。例如频率为150Hz的正弦波称为3次谐波，频率为250Hz的正弦波称为5次谐波，频率为350Hz的正弦波称为7次谐波，以此类推。

在工频的谐波电压和谐波电流之间，同时存在一些不是基波频率整数倍的频率，它们或以离散的频率、或以一个宽带频谱出现，这就是谐间波。电网信号，是指在电网中由发射机产生以便供电公司控制供电网络中的设备（公用照明，计价表等）的信号。通常发射机只是以断续信号短时工作，所采用的频率在谐波之间，即频率范围为100Hz-3kHz。

 2谐波的危害

谐波的危害：电机谐波电压与谐波电流产生额外的铁损与铜损 ,导致电机的额外发热，降低电机的效率产生脉动转矩致使电动机振动加剧，影响电机寿命和输出转矩的稳定性。谐波电压降低了绝缘介质强度，加速线圈绝缘的老化，降低电机使用寿命。谐波的危害：电缆谐波电流会使电缆过载、导致过热 、发生绝缘破坏而烧毀。对高频率谐波电流，电缆呈现集肤效应, 使额定载流量减少，增大漏电流，引起单相对地击穿，造成三相短路。零序（3的倍数次）谐波电流会导致三相四线系统的中线过载、损坏。 谐波的危害：系统谐振谐波电流可使电容器介质损耗增加，发热和寿命缩短；大量吸收谐波会导致电容器过流，引起熔丝熔断。电容器与电网电感形成串联谐振回路，能引起谐波的放大，电容烧毁等。引起系统谐振导致，电容器组、电抗器组及相关用电设备，因过电流或过电压，而损坏或无法投入运行。

谐波的危害：通信 网络干扰信息、数据、通信系统，造成系统死机或控制失常、停机，严重的会丢失实时数据，造成不可估量的损失。信系统实行的联网运行，如中心数据处理中心发生故障，将造成整个联网系统的瘫痪，而高次谐波就能造成数据处理中心主机的误操作和死机。谐波也会造成通信仪器的误动作和死机，给通信行业和用户带来麻烦，造成了通信行业和用户的纠纷。

谐波的危害：医院出现数据差错；图像模糊；信息丢失；一些先进的医疗设备具有高灵敏微电子器件，谐波干扰容易使设备无法正常工作。

谐波的危害：其他改变保护继电器的动作特性引起误动作、造成继电保护等自动装置工作紊乱。谐波延缓电弧熄灭，影响断路器的分断容量。使计量仪表特别是感应式电能表产生计量误差。干扰邻近的电力电子设备、工业控制设备，影响设备的正常运行。

 3谐波、谐间波及电网信号抗扰度测量波形介绍谐波、谐间波及电网信号的低频抗扰度测试，依据标准GB17626.13（IEC 61000-4-13）有四类试验方法（波形）：谐波组合试验（平顶波和尖顶波）、扫频试验、单个谐波和谐间波试验，以及Meister曲线试验。

3.1谐波组合试验（平顶波和尖顶波）谐波组合试验包括平顶波和尖顶波两个试验。EUT每种组合波都要进行试验。平顶波平顶波电压随时间变化，每个半波由三部分组成，波形如下：第1部分：从零开始，按纯正弦函数变化，对于等级2达到峰值的90%，对于等级三达到峰值的80%。第2部分：是恒定电压。第3部分：于第1部分相对应。

平顶波波形图 尖顶波尖顶波是由相应的相位关系的离散的3次谐波和5次谐波叠加而产生。波形如下：

尖顶波波形图3.2扫频试验频率扫描测量波形示例如下图：

扫频测量波形图 3.3单个谐波和谐间波试验单个谐波是指在2f1~40f1频率范围内的谐波。这些谐波按照试验等级将单个正弦波电压施加到基波电压上。谐间波是在16Hz~2000Hz频率范围内的谐波。谐间波按照一定的步长，将试验等级的单个正弦波电压施加到基波电压上。测量波形如下：

多次谐波试验序列示意图 3.4Meister曲线试验具有电网信号和/或纹波控制的电网中使用的设备，需要施加Meister曲线试验，波形如下：

Meister曲线波形（100Hz-3kHz） 4谐波、谐间波及电网信号抗扰度试验等级和试验要求4.1谐波组合试验等级和要求1）平顶波平顶波试验等级见下表：

 

等级	函数 （第1和3部分）	电压比Ky	电压 （第1和3部分）	函数 （第2部分）	电压 （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是开放的等级，该等级由相关专业标准技术委员会确定，但是对于低压共用供电系统供电的设备，不能低于等级2. 2）最大偏差：Δu = ±(0,01 × U1 × √2 + 0,005 × u).

 

平顶波试验时间（Duration）要求为2分钟，测试波形示意图如下：

2）尖顶波尖顶波试验等级见下表：

 

等级	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是开放的等级，该等级由相关专业标准技术委员会确定，但是对于低压共用供电系统供电的设备，不能低于等级2.

 

尖顶波试验时间（Duration）要求为2分钟，测试波形示意图如下：

4.2扫频试验等级和要求扫频试验时的频率等级如下表：

 

频率范围 f	频率步长Δf	等级1	等级2	等级3	等级x
试验水平U1%	试验水平U1%	试验水平U1%	试验水平U1%
0.33f1 ~ 2f1	0.1f1	2	3	4.5	开放的
2f1 ~ 10f1	0.2f1	5	9	14	开放的
10f1 ~ 20f1	0.2f1	4	4.5	9	开放的
20f1 ~ 30f1	0.5f1	2	2	6	开放的
30f1 ~ 40f1	0.5f1	2	2	4	开放的
注： 1）x是开放的等级，该等级由相关专业标准技术委员会确定，但是对于低压共用供电系统供电的设备，不能低于等级2。

 

各频率范围的扫频幅值见上表，频率扫描的速率不小于每10倍频程5分钟。扫频中遇到EUT性能异常的频点以及所由的谐振点，应在每个频率点驻留是按至少为120s。测量波形如下：

4.3单个谐波、谐间波试验等级和要求1）单个谐波单个谐波的试验等级如下表：

 

非3的倍数的奇次谐波试验等级
h	等级1	等级2	等级3	等级X
试验水平U1%	试验水平U1%	试验水平U1%	试验水平U1%
5	4.5	9	12	开放
7	4.5	7.5	10	开放
11	4.5	5	7	开放
13	4	4.5	7	开放
17	3	3	6	开放
19	2	2	6	开放
23	2	2	6	开放
25	2	2	6	开放
29	1.5	1.5	5	开放
31	1.5	1.5	3	开放
35	1.5	1.5	3	开放
37	1.5	1.5	3	开放
注： 1）x是开放的等级，该等级由相关专业标准技术委员会确定，但是对于低压共用供电系统供电的设备，不能低于等级2。

3的倍数的奇次谐波试验等级
h	等级1	等级2	等级3	等级X
试验水平U1%	试验水平U1%	试验水平U1%	试验水平U1%
3	4.5	8	9	开放
9	2	2.5	4	开放
15	不试验	不试验	3	开放
21	不试验	不试验	2	开放
37	不试验	不试验	2	开放
33	不试验	不试验	2	开放
39	不试验	不试验	2	开放
注： 1）x是开放的等级，该等级由相关专业标准技术委员会确定，但是对于低压共用供电系统供电的设备，不能低于等级2。

偶次谐波试验等级
h	等级1	等级2	等级3	等级X
试验水平U1%	试验水平U1%	试验水平U1%	试验水平U1%
2	3	3	3	开放
4	1.5	1.5	2	开放
6	不试验	不试验	1.5	开放
8	不试验	不试验	1.5	开放
10	不试验	不试验	1.5	开放
12~40	不试验	不试验	1.5	开放
注： 1）x是开放的等级，该等级由相关专业标准技术委员会确定，但是对于低压共用供电系统供电的设备，不能低于等级2。

 

在2f1~40 f1频率范围内将上表幅值单个正弦波电压施加到基波电压U1上，每个频率施加时间（Dwell Time）为5s，间隔（Pause Time）1s再施加下一个频率。大于或等于3%等级的谐波电压（直到9次谐波）时，在基波0和180相位应分别施加试验等级，小于3%的试验等级的谐波电压没有相位要求。试验波形如下：

2）谐间波谐间波试验等级见下表：

 

谐波频率之间的频率试验等级（50Hz）
频率范围	等级1	等级2	等级3	等级X
Hz	试验水平U1%	试验水平U1%	试验水平U1%	试验水平U1%
16~100	不试验	2.5	4	开放
100~500	不试验	5	9	开放
500~750	不试验	3.5	5	开放
750~1000	不试验	2	3	开放
1000~2000	不试验	1.5	2	开放
注：x是开放的等级，该等级由相关专业标准技术委员会确定。

谐波频率之间的频率试验等级（60Hz）
频率范围	等级1	等级2	等级3	等级X
Hz	试验水平U1%	试验水平U1%	试验水平U1%	试验水平U1%
20~120	不试验	2.5	4	开放
120~600	不试验	5	7.5	开放
600~900	不试验	3.5	5	开放
900~1200	不试验	2	3	开放
1200~2400	不试验	1.5	2	开放
注：x是开放的等级，该等级由相关专业标准技术委员会确定。

 

谐间波试验每频率步长施加时间（Dwell Time）为5s，间隔（Pause Time）1s再施加下一个频率。谐间波的频率步长见下表：

 

频率范围 f	频率步长Δf
0.33f1 ~ 2f1	0.1f1
2f1 ~ 10f1	0.2f1
10f1 ~ 20f1	0.2f1
20f1 ~ 40f1	0.5f1

 

谐间波测量波形如下：

4.4Meister曲线试验等级和要求Meister曲线试验等级如下：

 

频率范围 f Hz	频率步长Δf Hz	等级1	等级2	等级3	等级x
试验水平U1%	试验水平U1%	试验水平U1%	试验水平U1%
16.5 ~ 100	5	不试验	3	4	开放的
100 ~ 500	10	不试验	9	10	开放的
500 ~ 1000	10	不试验	4500/f	4500/f	开放的
1000 ~ 2400	25	不试验	4500/f	4500/f	开放的
注：2400Hz是60Hz系统最高频率，50Hz系统最高频率为2000Hz。

 

Meister曲线试验适用于等级2的产品。试验时，频率扫描的速率不少于每10倍频程5分钟。Meister曲线波形如下：

5谐波、谐间波及电网信号抗扰度试验流程为了简化试验，依照试验等级，谐波、谐间波及电网信号抗扰度测试可分为两个试验流程图：Class 1/Class 2试验流程图、Class 3试验流程图。

Class 1和Class 2试验流程图 

Class 3试验流程图 6测试布置单相EUT试验布置示意图:

三相EUT试验布置示意图:

审核编辑 ：李倩