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諧波電流（交流電源輸入端口）檢測

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發(fā)布時間：2025-07-25 00:59:59 更新時間：2025-07-24 00:59:59

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

諧波電流（交流電源輸入端口）檢測

隨著電力電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，其非線性特性導(dǎo)致的諧波電流污染問題日益突出。諧波電流注入電網(wǎng)，不僅會導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波形畸變、電能質(zhì)量下降，還可能引起設(shè)備過熱、效率降低、保護裝置誤動作，甚至干擾通信系統(tǒng)，對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，對電氣電子設(shè)備（尤其是接入公共低壓電網(wǎng)的設(shè)備）在其交流電源輸入端口產(chǎn)生的諧波電流進行嚴(yán)格檢測與限制，是電磁兼容性（EMC）認(rèn)證的核心要求之一。該項檢測旨在評估設(shè)備在正常工作狀態(tài)下，其輸入電流中諧波分量的大小是否符合相關(guān)國際/國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值，以最大限度地減少對電網(wǎng)的諧波污染，確保電氣環(huán)境的兼容性。

檢測項目

諧波電流檢測的核心項目是測量設(shè)備在穩(wěn)態(tài)工作條件下，從交流電源輸入端口汲取的電流中所包含的各次諧波分量（通常從2次諧波測量至40次諧波）的有效值（RMS值）。主要關(guān)注點包括：

各次諧波電流的幅值：測量并記錄2至40次諧波電流的大小（單位：安培A或相對于基波電流的百分比%）。
總諧波電流畸變率（THDi）：計算所有諧波電流有效值的均方根值與基波電流有效值的百分比，反映電流波形的整體畸變程度。
奇數(shù)次諧波和偶數(shù)次諧波：分別關(guān)注奇數(shù)次（如3rd, 5th, 7th...）和偶數(shù)次（如2nd, 4th, 6th...）諧波，標(biāo)準(zhǔn)中對奇數(shù)次諧波的限值通常更嚴(yán)格。
特定次諧波：對某些特定次數(shù)的諧波（如3次、5次、7次、9次、11次、13次等）有單獨的限值要求。

檢測通常在設(shè)備規(guī)定的額定電壓、額定頻率（如220V/50Hz或110V/60Hz）和其典型的、能產(chǎn)生最大諧波電流的負(fù)載條件下進行。

檢測儀器

進行諧波電流檢測需要專門的、高精度的測試設(shè)備，主要包括：

交流電源供應(yīng)器：提供純凈、穩(wěn)定、低失真度的工頻交流電源（電壓、頻率可調(diào)），確保測試電源本身諧波含量極低。
諧波分析儀/電能質(zhì)量分析儀：這是核心設(shè)備。它必須具備：
- 高精度電流傳感器（如羅氏線圈、電流互感器CT）或差分電壓探頭（測量串聯(lián)電阻上的電壓降）。
- 高采樣率和高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。
- 強大的實時數(shù)據(jù)處理能力，能執(zhí)行快速傅里葉變換（FFT）或其他算法，精確分離并計算各次諧波分量。
- 符合IEC 61000-4-7標(biāo)準(zhǔn)要求的測量方法和窗口（通常使用矩形窗或漢寧窗，10/12周期分組）。
常用設(shè)備如：FLUKE 435系列、Hioki PW3390、ZES ZIMMER LMG系列、Chroma 6620x系列等專用電能質(zhì)量分析儀或符合標(biāo)準(zhǔn)的EMC接收機（配合FFT功能）。
被測設(shè)備（EUT）的負(fù)載模擬器（如果需要）：確保設(shè)備能在規(guī)定的工作模式下運行。
測量控制與數(shù)據(jù)采集軟件：控制儀器，設(shè)置測試參數(shù)，記錄、分析和報告測試數(shù)據(jù)。

檢測方法

諧波電流的檢測方法嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如IEC 61000-3-2）的規(guī)定，主要步驟和要點如下：

測試配置：將被測設(shè)備（EUT）通過其電源線連接到純凈交流電源的輸出端。諧波分析儀的電流測量回路（通過電流探頭或測量電阻）串聯(lián)接入EUT的電源輸入線（通常為L線）。確保所有連接可靠，接地良好，減少測量誤差。
儀器設(shè)置：
- 設(shè)置電源輸出為EUT的額定電壓和頻率。
- 設(shè)置諧波分析儀：選擇符合IEC 61000-4-7的測量模式（通常為Class I模式），設(shè)置測量窗口（10個工頻周期/12個工頻周期），設(shè)定待分析的諧波次數(shù)范圍（2-40次）。
- 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)置觀察時間（通常要求測量足夠長時間的穩(wěn)態(tài)值，例如取多個1.5秒或2秒測量間隔內(nèi)諧波值的95%概率大值）。
運行EUT與數(shù)據(jù)采集：
- 啟動EUT，使其在規(guī)定的、能產(chǎn)生最大諧波電流的工作模式下穩(wěn)定運行（如待機模式、滿載模式、特定工作循環(huán)）。
- 啟動諧波分析儀進行測量和數(shù)據(jù)記錄。儀器自動采集輸入電流波形，進行FFT分析，計算并存儲各次諧波電流的有效值（A）或相對值（%）、總諧波畸變率（THDi）等數(shù)據(jù)。
- 持續(xù)測量足夠長的時間（通常幾分鐘到幾十分鐘），確保覆蓋設(shè)備可能的工作周期并達到穩(wěn)態(tài)。
數(shù)據(jù)處理與評估：
- 分析軟件對采集到的多個測量間隔的數(shù)據(jù)進行處理。
- 按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法（通常是統(tǒng)計每個諧波次數(shù)的測量值，取95%概率水平下的值）確定每個諧波電流的代表性值。
- 將得到的各次諧波電流值與標(biāo)準(zhǔn)（如IEC 61000-3-2）中對應(yīng)設(shè)備分類（Class A, B, C, D）的限值進行比較。
- 評估THDi是否符合要求（雖標(biāo)準(zhǔn)主要限單次諧波，但THDi也是重要參考）。

檢測標(biāo)準(zhǔn)

國際上，針對低壓電網(wǎng)中設(shè)備諧波電流發(fā)射限值的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)是：

IEC 61000-3-2:2018 (或更新版本) - 《電磁兼容性 (EMC) - 第 3-2 部分：限值 - 每相額定電流 ≤16A 的設(shè)備諧波電流發(fā)射限值》：這是全球范圍內(nèi)被廣泛采納和引用的核心標(biāo)準(zhǔn)。它根據(jù)設(shè)備的類型和特性，將設(shè)備分為四類（Class A, B, C, D），并分別規(guī)定了嚴(yán)格的諧波電流限值（各次諧波電流的絕對值或與輸入功率相關(guān)的相對值）。D類設(shè)備（主要指個人電腦、顯示器、電視等功率≤600W的特定設(shè)備）的限值要求最為嚴(yán)格。

各國通常以IEC 61000-3-2為基礎(chǔ)制定本國/本地區(qū)的強制性標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)：

歐盟：EN 61000-3-2 - 是CE認(rèn)證（EMC指令）中關(guān)于諧波電流發(fā)射的協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)。
中國：GB 17625.1 - 《電磁兼容限值諧波電流發(fā)射限值(設(shè)備每相輸入電流≤16A)》，技術(shù)內(nèi)容等同采用IEC 61000-3-2，是CCC認(rèn)證（部分產(chǎn)品）或自愿性認(rèn)證的重要依據(jù)。
美國：雖然沒有完全等同的國家強制標(biāo)準(zhǔn)，但IEEE Std 519主要針對電力系統(tǒng)（用戶側(cè)/公共連接點PCC），對設(shè)備本身要求通常參照IEC標(biāo)準(zhǔn)或特定行業(yè)規(guī)范（如能源之星）。

此外，檢測方法的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)是：

IEC 61000-4-7:2002+A1:2008 - 《電磁兼容性 (EMC) - 第 4-7 部分：試驗和測量技術(shù) - 電源系統(tǒng)及其所連設(shè)備諧波、間諧波的測量和測量儀器導(dǎo)則》：該標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了諧波和間諧波測量的儀器要求、測量方法和數(shù)據(jù)處理程序，是保證測量結(jié)果準(zhǔn)確性和可比性的關(guān)鍵。

進行諧波電流檢測時，必須嚴(yán)格按照最新有效的標(biāo)準(zhǔn)版本執(zhí)行，并確保所使用的測試設(shè)備經(jīng)過校準(zhǔn)且在有效期內(nèi)，測試環(huán)境滿足標(biāo)準(zhǔn)要求（如電源質(zhì)量、背景噪聲等），才能獲得準(zhǔn)確、可靠的檢測結(jié)果，并據(jù)此判斷產(chǎn)品是否符合法規(guī)和市場準(zhǔn)入要求。