谐波测量的仪器要求

THE REQUIREMENTS of INSTRUMENT for MEASURING HARMONICS

深圳电子产品质量检测中心　李思雄　朱奇

    《谐波标准GB 17625.1变更情况与测量设备适应性浅说》一文在《电子质量》发表后，不少读者提出类似的问题：GB 17625.1从98版03版，为什么原来的测量设备不符合要求、不能使用？03版的谐波标准是和CE要求的一致吗？本文针对上述问题试图进行简明回答。

     相对98版，GB 17625.1－2003标准中谐波电流的测量方法改动较大， 因此对测量仪器的要求也更高了。为什么原来的测量设备不符合要求、不能使用？简单说有以下几点情况：

▲03版标准的第六条增加了对测量的重复性和试验报告的内容的规定。采用规定的试验观察周期和时域测量仪器才能保证标准所要求的重复性。考虑到快速变化的谐波需要用连续的实时测量和分析，03版标准规定使用离散傅里叶变换的时域测量仪器；
 
▲测量方法不同，98版标准，测量稳态或暂态谐波电流，数据处理取瞬态值即可；03版标准只测暂态，所有数据必须使用1.5秒一阶滤波器进行平滑处理，测量步骤：

a) 对于每一次谐波，在每一个离散傅氏变换 (DFT)时间窗口内测量1. 5 s的平滑有效值谐波电流;
b) 在规定的整个观察周期内，计算由DFT时间窗口得到的测量值的算术平均值。
 
▲测量时间窗口不同，98版标准规定的时间窗口为16周期（320/267ms，对应50/60Hz），03版标准规定的时间窗口为200ms(10/12周期，对应50/60Hz)；
 
▲判定检验结果是否符合标准要求方面不一样，根据03版的谐波标准6.2.3.3 限值的应用规定：在整个试验观察周期内得到的单个的谐波电流的平均值应不大于所采用的限值，同时，对于每一次谐波，所有的1. 5 s的谐波电流平滑有效值应不大于所应用限值的150%。所以输出数据内容有差异，必须同时输出两组数据分别与所应用限值和限值的150%作比较。
 对于谐波测试仪是否满足GB 17625.1－2003要求，简单的来说可以查阅设备附带的使用说明书，看看它是否明确声明符合IEC 61000-3-2 Edition 2.1-2001，是否具备校准证书；必要时可以准备一个谐波测试结果较差、稳定的样品作为测试审核使用。
如需全面考查谐波测试仪是否满足要求，需要关注GB17625.1-2003附录B提及的GB/T 17626.7-2008如下相关要求：

▲对于电流输入回路，它应能对谐波电流进行直接测量，此外，还应有一个与外部阻性分流器（或电流传感器与阻性分流器的组合）相连的低压高阻电压输入端。输入回路合适的灵敏度范围为0.1V~10V。
 
▲每一个电流输入回路应能够承受1.2 连续输入电流或10 的1s输入电流而不应导致任何损坏。 仪器能够接受以下峰值系数的输入信号：不大于5A（有效值）量程时，峰值系数不低于4；10A（有效值）量程时，峰值系数不低于3.5；更高的量程，峰值系数不低于2.5。要求仪器有过载显示。
 
▲对于电压输入回路，应适应要分析的供电电压的最大电压和频率，在电压达到1.2倍的最大电压时，应能保持其性能和测量准确度不变。1.5以上的峰值系数可满足测量要求，但在高畸变电压的工业网络中，峰值系数至少取2才能满足测量要求。任何情况下都要求有过载指示。在承受4倍交流输入额定电压或1kV（有效值）输入电压中的较小者1s时，不应引起仪器的任何损坏。输入回路在230V时的功率吸收不应超过0.5VA，如果提供高灵敏度输入（低于50V），其输入电阻至少应为10kΩ/V。与要测量的其他电压分量相比，幅值很高的基波(电源频率)电压不应产生过载而导致仪器的损坏或输入级产生互调误差。这样引起的误差应低于规定的准确度，应有过载指示。
 测量仪器频率范围之外的频率应被衰减以免影响测量结果。为得到合适的衰减，仪器应采用一个远高于测量范围的频率采样输入信号。在必须评估额定电流大于5A、超过15次谐波且不确定度最小时，建议使用匹配的外部分流器或电流传感器以便得到与测试仪额定电流相等的范围。对于仅用于谐波测量的仪器，仅对谐波分量作准确度要求（见GB/T 17626.7-2008表1）。
那么03版的谐波标准是和CE要求的一致吗？

    从以上欧盟官方网站的截图可以知道：目前3C使用的谐波标准为GB 17625.1-2003,对应IEC标准为IEC 61000-3-2 Edition 2.1:2001；CE使用谐波标准为EN 61000-3-2:2006,对应IEC标准为IEC 61000-3-2:2005。

    所以03版的谐波标准和CE要求的不完全一致，主要是IEC 61000-3-2:2005Edition 3.0对A类设备有额外放宽条款：仅当10%的测试时间>150%限值并且平均谐波电流值<90%限值时，放宽到<200%限值。当A类设备测试结果无需应用A类设备有额外放宽条款时，测试结果表述和结果报告格式与03版的谐波标准并无差异。

    另外IEC 61000-3-2:2005Edition 3.0在测试状态规定方面，与IEC 61000-3-2 Edition 2.1:2001一样，对特定的产品类别有详细的测试过程要求，但对电视和真空吸尘器的测试过程要求有所修订。