谐波测试解析：PA系列功率分析仪如何精准“把脉”电能质量？

 

本文导读

在电力电子技术飞速发展的今天，电能质量问题日益凸显。其中，谐波作为一种常见的电力污染，已经成为许多行业无法忽视的“隐形杀手”。本文将深入探讨谐波的本质特征，并介绍致远仪器PA系列功率分析仪的谐波测量功能与技术特点。

 

认识谐波：电力系统中的“不和谐音”

谐波是指电流中所含有的频率为基波频率整数倍的分量。如果把电力系统中的基波电流比作一首乐曲的主旋律，那么谐波就是这首乐曲中不和谐的杂音。在我国，电网的标准频率是50Hz，那么2次谐波就是100Hz，3次谐波是150Hz，以此类推，如图1所示。

图1  电网谐波谐波通常是由非线性负载产生的，这些负载的电流波形与施加的电压波形不一致，导致电流发生畸变。这就好比水流通过一个不规则形状的管道后，会产生漩涡和湍流一样。

谐波从哪里来？探寻谐波的产生根源
 

 

现代电力系统中，谐波主要来源于以下几个方面：
 

变频器、整流器、逆变器等电力电子装置是现代工业中最大的谐波源。这些设备通过快速开关操作来调整电力参数，但同时也产生了大量的谐波；

 

 

电弧炉、电焊机、荧光灯、UPS电源等。这些设备在工作时会绘制非正弦波形的电流，从而导致谐波产生；

 

 

铁芯饱和时的非线性磁化特性也会产生谐波，尤其是在过电压情况下更为明显；

 

 

计算机、打印机、服务器等IT设备虽然单台产生的谐波很小，但大量集中使用时会形成可观的谐波污染。

 

 

谐波的危害：不可小觑的“电力杀手”

谐波污染对电力系统和用电设备造成的危害是多方面的：

 

增加设备损耗：谐波电流会导致变压器、电机等设备产生额外的铜损和铁损，降低设备效率，增加运行成本。

 

 

引发过热故障：谐波电流可能引起中性线过载、电缆过热，甚至引发火灾事故。在三相四线制系统中，三次谐波及其倍数次谐波会在中性线上叠加，导致中性线电流异常增大。

 

 

干扰保护装置：谐波可能导致继电器、断路器等保护装置误动作或拒动，影响供电可靠性。

 

 

• 影响通信系统：电力线路中的谐波可能对附近的通信线路产生干扰，影响通信质量。

 

PA系列功率分析仪：谐波测量的专业利器

致远仪器PA系列功率分析仪集成先进的谐波测量功能，能够满足各种复杂场景下的谐波测试需求。

图2  PA8000功率分析仪

 

双重测量模式：满足不同应用场景

1、 三种常见谐波测量

PA系列功率分析仪提供常规谐波、谐波、IEC谐波三种模式。

常规谐波测量：在该测量模式下，可同时使用积分、波形显示、趋势显示和效率运算等功能，并测量带宽内所有频率成分的电压/电流有效值，如图3所示，为常规谐波测试；

图3  常规谐波测量

谐波测量：在该测量模式下，可对1kHz 基波频率信号进行多达255次的谐波测量，拥有PLL源进行校准，对基波频率高于商用电源频率的信号进行谐波测量时，须使用该模式，如图4所示，为谐波测试；

图4  谐波测量

IEC谐波测量：按照 IEC61000-4-7 标准执行谐波测量，使用此模式可以检查家用电器和办公自动化设备的谐波是否符合 IEC 标准，如图5所示，为IEC谐波测试。

图5  IEC谐波测量

如表1所示，为三种模式的测量参数区别：

表1  三种谐波测量模式的区别

2、 IEEE-1459谐波测量

PA系列功率分析仪除了支持常规谐波、谐波、IEC谐波三种测量模式，还支持IEEE-1459谐波测量方法。该标准是专门用于含谐波复杂环境下重新定义和分解电功率的理论框架，核心解决“如何公平地计量谐波污染所带来的额外电网负担和能量损耗”。如图6所示。

图6  IEEE-1459谐波测试

专业技术优势：为何选择PA功率分析仪？

高精度测量：PA系列功率分析仪拥有高达0.01%认证级功率精度、1ms高速数据更新率，确保测量结果的准确性和可靠性；

宽频带响应：支持高达5MHz的带宽、2MS/s采样率测量，能够准确捕获高频谐波成分。

 

 

多通道同步：支持最多7通道同步测量，满足复杂系统的测试需求。

 

 

• 强大的数据分析：内置数据存储和导出功能，支持PC端专业分析的MTA软件，方便后续数据处理和报告生成。

 

  结 语

谐波污染是现代化电力系统面临的共同挑战，精准的谐波测量是治理谐波的前提和基础。致远仪器PA系列功率分析仪以其专业的测量性能、灵活的操作方式和可靠的结果输出，成为电力工程师不可或缺的得力助手。无论是从事电力系统设计、设备研发、质量检测还是故障诊断，PA系列功率分析仪都能提供准确的谐波数据支持，帮助用户更好地解决电能质量问题。