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變頻器諧波分析誤差到底是怎么回事?

發布時間:2025-03-16

由于 PWM波形中含有大量的高次諧波,因此,在變頻器的輸入輸出均不符合標準的正弦波形,采用常規的功率分析儀和諧波分析方法會產生很大的誤差。



一、采樣頻率不夠造成變頻器諧波分析誤差


在分析輸出波形時,首先要對信號進行采樣。根據采樣定理,為了獲得信號的所有頻譜,采樣頻率fs必須大于信號最高頻率fm的兩倍(fs≥2fm)。當fs<2fm時,最高頻率只能是fs/2,頻率高于fs/2的部分信號會重構為頻率低于fs/2的混疊信號,造成頻譜混疊,誤差嚴重。


二、諧波分析誤差是由測量儀器實際帶寬不足造成的。


為了避免混疊,一般功率分析儀的常見做法是增加抗混疊濾波器,限制信號帶寬,濾除輸出的PWM波中高于fs/2的信號。抗混疊濾波器的帶寬是分析儀的實際帶寬。這種先濾除諧波再分析諧波的方法,分析結果誤差很大,甚至可以說分析結果是錯誤的。


三、分析算法造成諧波分析誤差


目前大多數分析儀都是用FFT算法進行諧波分析。利用快速傅立葉變換諧波分析,首先截取數據序列,然后對信號進行采樣,最后通過快速傅立葉變換對信號進行頻域離散化。根據 FFT的特點,要求截取的數據序列必須包含一個整周期信號,數據序列中的采樣點數必須是2的n次方。實際上,用于快速傅立葉變換的信號周期是最后檢測到的信號周期。因為輸出的信號周期不完全穩定,必然會產生誤差。根據 FFT的要求, FFT算法的局限性是非常明顯的:如果從信號中截取的數據序列不是整數個信號周期,就會產生頻譜泄漏和嚴重的誤差。


利用FFT諧波分析時,頻譜泄漏影響了諧波分析的測量精度,而導致頻譜泄漏的最根本原因是采樣中周期同步的誤差。應對頻譜泄漏現象,分析儀的一般方法是利用窗函數來處理,這種方法只是一定程度的抑制譜泄漏,可以說會帶來新的誤差。


四、測量精度造成諧波分析誤差


諧波分析是以電信號的測量為基礎的,功率分析儀測量電信號產生的誤差必然會導致分析結果的誤差。為了減少測量誤差對諧波分析的影響,選擇真正高精度的功率分析儀是關鍵。


五、計算誤差


將電信號采樣為數字信號后,由功率分析儀進行處理,根據公式計算出有效值、平均值、功率、總諧波畸變和諧波系數等相關參數。


六、選擇合適的功率分析儀


針對諧波分析中誤差的來源,可以對功率分析儀提出以下幾點要求:


(1)采樣頻率應足夠高,滿足諧波分析的要求,不低于200kHz。


(2)寬帶應該是變頻開關頻率的6倍以上,帶寬不應該小于100 kHz。


(3)諧波分析算法采用dft算法,對數據序列的整個周期特點沒有要求。


(4)有較強的硬件支持,滿足了 DFT算法對運算速度、計算量要求。


(5)采用誤差參考條件明確的高精度功率分析儀,參考條件包括實際使用條件。