一文教你读懂谐波测量方法来源:仪商网在很多人认识里,只有使用同步采样才能进行精确的谐波分析,其实采用非同步采样同样能进行谐波分析,而且在许多情况下甚至比同步采样法更优秀。PA功率分析仪提供了常规谐波、谐波和IEC谐波三种谐波测量模式,支持同步和非同步的谐波分析,将两种分析方式互补使用可提高谐波的分析能力。下面通过其计算方法的简单,结合实例讨论三种谐波模式的使用。谐波测量基本原理目前最常用的谐波分析方法是使用傅里叶变换,将时域的离散信号进行傅里叶级数展开,得到离散的频谱,从离散的频谱中挑选出各次谐波对应的谱线,计算得出谐波各项参数。在实际实现时,由于离散傅里叶变换存在栅栏效应,采样频率不为基波的整数倍时,部分谐波可能不在离散傅里叶变换后的离散频率点上,需要使用特殊的手段将栅栏空隙对准我们关心的谐波频率点。其中同步采样法和频率重心法使用最为广泛。"栅栏"效应同步采样法顾名思义,就是使采样频率与基波频率同步改变。该方法从源头上保证数据的采样频率为基波频率的整数倍,如IEC61000-4-7标准就规定50Hz使用10倍基波采样率,采样数据经离散傅里叶变换即可得到各次谐波分量。同步采样常用硬件PLL实现,需要实时调整采样频率,频率的锁定需要时间,受限于滤波器及相关器件,很难做到很宽的频域,也很难保证频谱特别丰富时的准确性。频率重心法使用足够高的采样频率(一般大于4倍基波频率)即可满足直接对信号进行采样,将信号的频谱间隔拉开,并且使用更多周期的数据点做离散傅里叶变换,降低频谱泄露的影响。最后根据窗函数的功率谱分布特性,通过频谱的谱峰和次谱峰,找到真正的谱峰频点即离散频谱的谱峰和次谱峰的重心。通过频率重心法消除了栅栏效应的影响,对各次谐波使用重心法,还得到一个偏离系数,使用该系数配合窗函数功率谱,可求解得到对应频点的相位和幅值等信息。至此,非同步采样法同样得到了各次谐波。受限于窗函数的频谱特性,该法需要用足够高采样率来保证各频率成分的频谱互相影响足够小;而且截断造成的泄漏也不能太大,否则产生的假频率叠加到真实频谱里,导致结果误差更大。简单对比基于以上实现原理可知,同步采样法精度取决于PLL的准确度,而后期计算简单。PLL中用到的滤波器限制了支持的基波频率上限,因此在基波频率较高时,同步采样法一般无法支持;同样是滤波器原因,无法很好滤除低偶次谐波,所以低偶次谐波幅值较大时,PLL就无法同步基波采样,谐波分析结果也就完全错误。频率重心法不需要额外滤波器,采样器件可工作在支持的最高采样频率,使有效谱线拉开的同时提高了支持的谐波频率范围,而为了消除泄漏的影响,需要使用更多的数据进行傅里叶变换。所以频率重心法引入了数倍于同步采样法的计算量。另外,重心法需要使用至少两根谱线,而且受窗函数主瓣宽度限制,频率重心法所能支持的频率下限只能达到频率分辨率的三倍以上。由于频率重心法没有反馈过程,不依赖于信号,模拟电路实现简单,理论上只要采样率和使用的数据点足够,就能得到正确的结果。特别地,因为同步采样需要硬件电路,受限与成本与体积,大部分测量仪器只支持一到两个PLL源,而频率重心法无此限制,甚至可任意定义基波源(对应于PLL源,用于确定基波)。应用实例S£~::iB«»*■■■■uwirt4iPMIa>»¥SdiKA0DfiOGhWQ-PWMrEwEw73H4鼻STAl■3dlU■1519-93*佃耐KQg¥Q>»HQi»9-wMIA1祐陆AJrtWA1#.2±TbVWL«Z«Z2€WQ!0畑«»A2D<1*101PWUJ«WLDXHQ«n»^intw>4«4CIoeiaco««QMOOP00Ml昴IfliM]IQWI4JK««4»10曲临®肿!>«!J|&fiPA功率分析仪提供了三种谐波模式:常规谐波、谐波和IEC谐波。其中常规谐波对应频率重心法、谐波和IEC谐波对应同步米样法。谐波和IEC谐波区别在于IEC谐波完全按照IEC61000-4-7标准规定的倍频数FFT点数进行计算,并增加了标准规定的处理流程和计算参数。下面使用实例信号对比两种方法的区别:信号一:基波频率50Hz,含2~15次谐波,各次含量均为10%图150Hz基波2~15次含量10%谐波波形图250Hz基波2~15次含量10%谐波常规谐波分析结果w*]..*V«aia0*»Ly.榔I%」fAam/h.iiiiJl(n.iIhilknwlaai3AA或臨巾kw...