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(biāo)準(zhǔn)的正弦波形,采用常規(guī)的功率分析儀和諧波分析方法會產(chǎn)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(jìn)行采樣。根據(jù)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(dāng)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(gòu)為頻率低于fs/2的混疊信號,造成頻譜混疊,誤差嚴(yán)重。
二、諧波分析誤差是由測量儀器實(shí)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??够殳B濾波器的帶寬是分析儀的實(shí)際帶寬。這種先濾除諧波再分析諧波的方法,分析結(jié)果誤差很大,甚至可以說分析結(jié)果是錯誤的。
三、分析算法造成諧波分析誤差
目前大多數(shù)分析儀都是用FFT算法進(jìn)行諧波分析。利用快速傅立葉變換諧波分析,首先截取數(shù)據(jù)序列,然后對信號進(jìn)行采樣,最后通過快速傅立葉變換對信號進(jìn)行頻域離散化。根據(jù) FFT的特點(diǎn),要求截取的數(shù)據(jù)序列必須包含一個整周期信號,數(shù)據(jù)序列中的采樣點(diǎn)數(shù)必須是2的n次方。實(shí)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?yàn)檩敵龅男盘栔芷诓煌耆€(wěn)定,必然會產(chǎn)生誤差。根據(jù) 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(shù)據(jù)序列不是整數(shù)個信號周期,就會產(chǎn)生頻譜泄漏和嚴(yán)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(dǎo)致頻譜泄漏的最根本原因是采樣中周期同步的誤差。應(yīng)對頻譜泄漏現(xiàn)象,分析儀的一般方法是利用窗函數(shù)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(chǔ)的,功率分析儀測量電信號產(chǎn)生的誤差必然會導(dǎo)致分析結(jié)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(guān)鍵。
五、計算誤差
將電信號采樣為數(shù)字信號后,由功率分析儀進(jìn)行處理,根據(jù)公式計算出有效值、平均值、功率、總諧波畸變和諧波系數(shù)等相關(guān)參數(shù)。
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(diǎn)要求:
(1)采樣頻率應(yīng)足夠高,滿足諧波分析的要求,不低于200kHz。
(2)寬帶應(yīng)該是變頻開關(guān)頻率的6倍以上,帶寬不應(yīng)該小于100 kHz。
(3)諧波分析算法采用dft算法,對數(shù)據(jù)序列的整個周期特點(diǎn)沒有要求。
(4)有較強(qiáng)的硬件支持,滿足了 DFT算法對運(yùn)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(shí)際使用條件。