變頻器諧波分析誤差探討

變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動技術(shù)的重要發(fā)展方向。變頻器作為調(diào)速系統(tǒng)的核心，其性能成為決定調(diào)速系統(tǒng)性能優(yōu)劣的重要因素。對變頻器的輸出波形測試及諧波分析，是調(diào)速系統(tǒng)研發(fā)、試驗中不可缺少的環(huán)節(jié)。

變頻器的輸入輸出都不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，特別是輸出PWM波中含有大量的高次諧波，采用一般的功率分析儀及諧波分析方法存在較大的誤差。

一、采樣頻率不夠造成變頻器諧波分析誤差

對變頻器輸出波形進(jìn)行分析時首先要對信號進(jìn)行采樣，根據(jù)采樣定理，采樣頻率fs必須大于信號最高頻率fm的兩倍(fs≥2fm)才能得到信號全部的頻譜。當(dāng)fs<2fm時，頻率最高只能得到fs/2,信號中頻率高于fs/2的部分會被重建成低于fs/2的混疊信號，造成頻譜混疊，產(chǎn)生嚴(yán)重的誤差。

二、測量儀器實際帶寬不夠造成變頻器諧波分析誤差

為了避免混疊現(xiàn)象，一般的功率分析儀通常的做法是加入抗混疊濾波器來限制信號帶寬，將變頻器輸出PWM波中高于fs/2的信號過濾掉?？够殳B濾波器的帶寬就是分析儀實際帶寬。這種將諧波先濾除，再進(jìn)行諧波分析的做法，分析結(jié)果誤差非常大，甚至可以說分析結(jié)果是錯誤的。

三、分析算法造成變頻器諧波分析誤差

目前，絕大部分分析儀都是采用FFT算法進(jìn)行諧波分析。采用FFT諧波分析，首先將信號截取一段數(shù)據(jù)序列，再對信號進(jìn)行采樣，最后作FFT變換 將信號進(jìn)行頻域離散化。由于FFT的特性，要求截取的數(shù)據(jù)序列必須包含整數(shù)個信號周期，并且數(shù)據(jù)序列中采樣的點數(shù)必須是2的N次冪。實際上， 進(jìn)行FFT變換采用的信號周期為上一個檢測到的信號周期，由于變頻器輸出的信號周期并非是完全穩(wěn)定不變的，所以勢必會造成誤差。從FFT的要求可以看 出，F(xiàn)FT算法的局限性是很明顯的：如果從信號中截取的數(shù)據(jù)序列并不是整數(shù)個信號周期，會造成頻譜泄漏現(xiàn)象，產(chǎn)生嚴(yán)重誤差。

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，一般分析儀的做法是采用加窗函數(shù)(如漢寧窗、布萊克曼窗等)處理，這種做法只是一定程度的抑制頻譜泄漏，并且可以說是又帶入了新的誤差。

四、測量精度造成變頻器諧波分析誤差

變頻器諧波分析是建立在對電信號的測量基礎(chǔ)上的，功率分析儀對電信號測量產(chǎn)生的誤差，勢必會引起分析結(jié)果的誤差。減小測量誤差對諧波分析的影響，選擇一款真正高精度功率分析儀是關(guān)鍵。

五、計算誤差

在電信號采樣為功率分析儀能處理的數(shù)字信號后，需要根據(jù)公式來計算如有效值、平均值、功率、總諧波失真、諧波因數(shù)等相關(guān)參數(shù)，這個過程會帶入計算誤差。

六、選擇合適的功率分析儀

針對變頻器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：

● 采樣頻率應(yīng)足夠高，滿足變頻器諧波分析的要求，不低于200kHz。

● 帶寬應(yīng)高于6倍變頻器的開關(guān)頻率，綜合考慮，帶寬應(yīng)不低于100kHz。

● 諧波分析算法采用對數(shù)據(jù)序列整周期、點數(shù)沒有要求的DFT算法。

● 具有強大的硬件支撐，滿足DFT算法對于計算速度、計算量的需求。

● 采用具有明確誤差參比條件，并且參比條件包含實際使用條件的高精度功率分析儀。