一、諧波分析器是什么儀器
簡諧運(yùn)動處理起來是比較簡單的,但是很多振動系統(tǒng)的運(yùn)動卻不是簡諧的。然而,很多情況下的振動是周期的,任何關(guān)于時(shí)間的周期函數(shù)都能展開成傅立葉級數(shù),即無限多個正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的和表示,我們將這種分析方法稱為諧波分析。
在電力系統(tǒng)中諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時(shí),與所加的電壓不呈線性關(guān)系,就形成非正弦電流,即電路中有諧波產(chǎn)生。通過諧波分析器,可以分析產(chǎn)生的諧波。
諧波分析器,又稱諧波分析儀,就是進(jìn)行諧波分析的儀器,除了諧波(2-63次)外,還可以分析三相不平衡度(負(fù)序、正序、零序)、電壓波動和閃變、系統(tǒng)頻率、電壓偏差、功率、功率因數(shù)等。
二、諧波分析器的分析方法有哪些
諧波分析器可以對產(chǎn)生的諧波進(jìn)行分析,一般是先通過傅里葉分解(一般是FFT方式)得到各次諧波的值,再分別計(jì)算各次諧波的功率參數(shù)。具體主要有兩種分析方法:
1、同步采樣法
顧名思義,就是使采樣頻率與基波頻率同步改變。該方法從源頭上保證數(shù)據(jù)的采樣頻率為基波頻率的整數(shù)倍,如IEC 61000-4-7標(biāo)準(zhǔn)就規(guī)定50Hz使用10倍基波采樣率,采樣數(shù)據(jù)經(jīng)離散傅里葉變換即可得到各次諧波分量。同步采樣常用硬件PLL實(shí)現(xiàn),需要實(shí)時(shí)調(diào)整采樣頻率,頻率的鎖定需要時(shí)間,受限于濾波器及相關(guān)器件,很難做到很寬的頻域,也很難保證頻譜特別豐富時(shí)的準(zhǔn)確性。
2、頻率重心法
使用足夠高的采樣頻率(一般大于4倍基波頻率)即可滿足直接對信號進(jìn)行采樣,將信號的頻譜間隔拉開,并且使用更多周期的數(shù)據(jù)點(diǎn)做離散傅里葉變換,降低頻譜泄露的影響。最后根據(jù)窗函數(shù)的功率譜分布特性,通過頻譜的譜峰和次譜峰,找到真正的譜峰頻點(diǎn)——即離散頻譜的譜峰和次譜峰的重心。通過頻率重心法消除了柵欄效應(yīng)的影響,對各次諧波使用重心法,還得到一個偏離系數(shù),使用該系數(shù)配合窗函數(shù)功率譜,可求解得到對應(yīng)頻點(diǎn)的相位和幅值等信息。至此,非同步采樣法同樣得到了各次諧波。受限于窗函數(shù)的頻譜特性,該法需要用足夠高采樣率來保證各頻率成分的頻譜互相影響足夠??;而且截?cái)嘣斐傻男孤┮膊荒芴?,否則產(chǎn)生的假頻率疊加到真實(shí)頻譜里,導(dǎo)致結(jié)果誤差更大。
三、諧波分析器分析方法哪種好
1、同步采樣法
此方法的精度取決于PLL的準(zhǔn)確度,而后期計(jì)算簡單。PLL中用到的濾波器限制了支持的基波頻率上限,因此在基波頻率較高時(shí),同步采樣法一般無法支持;同樣是濾波器原因,無法很好濾除低偶次諧波,所以低偶次諧波幅值較大時(shí),PLL就無法同步基波采樣,諧波分析結(jié)果也就完全錯誤。
2、頻率重心法
這一方法不需要額外濾波器,采樣器件可工作在支持的最高采樣頻率,使有效譜線拉開的同時(shí)提高了支持的諧波頻率范圍,而為了消除泄漏的影響,需要使用更多的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換。所以頻率重心法引入了數(shù)倍于同步采樣法的計(jì)算量。另外,重心法需要使用至少兩根譜線,而且受窗函數(shù)主瓣寬度限制,頻率重心法所能支持的頻率下限只能達(dá)到頻率分辨率的三倍以上。由于頻率重心法沒有反饋過程,不依賴于信號,模擬電路實(shí)現(xiàn)簡單,理論上只要采樣率和使用的數(shù)據(jù)點(diǎn)足夠,就能得到正確的結(jié)果。
綜上所述,兩種方法各有各的優(yōu)勢,如何選擇主要看實(shí)際分析需要。