电气测量技术基础知识与应用PPT课件

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1. ● 培训讲座电气测量技术基础知识与应用美国福禄克公司
2. 主要内容电能质量测量与分析 ★ 测量仪器，FLUKE ★ 对于谐波测量仪器，A级一致性意味着什么？ ★ IEC61000-4-30：“标记”的重要性 ★ 电压骤降：原因、危害与解决方法 ★ 电压波动与闪变 ★ 三相不平衡：IEEE与IEC标准算法差异 ★ 电压瞬变现象的捕获 ★ IEC标准测量仪器与国标的关系问题 ★ 有效值测量 ★ 电压有效值测量与评估：IEC61000-4-30与EN50160 ★ 电能质量测量标准概述：IEC61000-4-30 ★ 电能质量限值标准概述：EN50160 ★ 谐波：产生原因、危害与治理 ★ 非正弦系统的功率、有效值和谐波 ★ 中国电能质量标准简介常用电参数测量 ★ 变频调速系统的测量 ★ 功率因数、最大需量与电费 ★ 两瓦特计法：测量三相三线制系统 ★ 直流耦合与交流耦合示波表：波形采集、记录与分析 ★ 示波表的带宽、采样率与真实带宽 ★ 通道隔离：适合复杂的工业现场情况 ★ FFT及频谱分析 ★ FFT分析时间与窗函数 ★ PLL同步采样 DMM：基本概念与产品特点 ★ 问题：精准、安全的内涵 ★ F289：新的特点 ★ 测量仪表的安全认证标记，意味着什么？ ★ 万用表测电阻，兆欧表测电阻，有什么区别？
3. ● 内部培训讲座电能质量测量与分析
4. 测量仪器、FLUKE古埃及：建造金字塔的长度标准公元前3000年，长度的统一标准“埃尔”。法老的肘关节到中指指尖的长度加上他手中一根棕榈枝长的总长度定义为“1埃尔”，将该长度标准用黑色花岗岩刻制，作为原始标准。中国：秦始皇，商鞅变法，统一了的中国的度量衡。1949年：FLUKE推出第一个产品，101型高精度台式功率计，通用电气公司是首家用户。 1994年：F40/41，世界首款便携式谐波分析仪成功地降低了专业谐波分析仪器的门槛，电网及动力部门谐波普查的基础工具。 1999年：F43，测试谐波和瞬态信号的电能质量分析仪。 2003年：6100A，世界第一台电功率与电能质量标准源。（Electrical Power Standard）电能质量行业独一无二的标准源。众多电能质量分析仪厂家必备的校准工具。 2005年：F1760，世界首款完全符合IEC61000-4-30A级标准的便携式三相电能质量分析仪 F430，世界首款完全符合IEC61000-4-30标准的手持式三相电能质量分析仪测量的意义度量衡FLUKE：测量仪器及工具的领导者，在所涉足的领域内都保持着第一或第二的领导地位。6100AF1760门捷列夫：“没有测量，就没有科学”FLUKE -- 电能质量监测、分析与评估，专业领域的先锋和标准！F41
5. 对于谐波测量仪器，A级一致性意味着什么？IEC 61000-4-30:2003 “Testing and Measuring Techniques – Power Quality Measurement Methods ” “测试和测量技术－电能质量测量方法” IEC电能质量标准61000-4-30：草案于1999年2月提出，正式版于2003年2月发布。 IEC 61000-4-30标准对于A级谐波测量仪器的要求：一致性。引用目前最新的IEC61000-4-7:2002标准，对谐波计算方法有严格规定。如时间窗、同步、窗函数等。50Hz系统的时间窗必须为10个周波（200ms）。旧的标准允许为400ms、320ms或1个周波等时间间隔。旧标准的问题：不同厂家的谐波测量仪器，测量结果差异很大。例：对波动或快速变化谐波的分析 * 基于1个周期窗口采样的谐波分析仪器，与400ms窗口测量仪器结果对比：一台90t交流电弧炉，用不同窗口宽度（矩形窗）测得的35kV谐波电流值（用英国PA4400高精度电力谐波分析仪，现场实测记录）。宽窗口测得的谐波含量明显减小，特别是偶次谐波（2次，4次）。英国PA4400测量结果某型国产仪器测量结果* 林海雪：从IEC电磁兼容标准看电网谐波国家标准。电网技术，1999，23(5)：64～67.对用户的意义：谐波治理的投资额度谐波评估结果的准确性、一致性、权威性IEC61000
6. IEC标准谐波分析：FFT谱线的计算(1)50Hz系统：采样率fs为10.24kS/s, 窗口时间200ms, FFT数据点N为2048。频率分辨率：△f=fs/N=5Hz 谐波阶次：DC，1～50次间谐波阶次：1.5～49.5次YES NO 谐波次数nn+1n+2n+3谐波 subgroup n+1间谐波subgroup n+2,5DFT 输出谐波次数nn+1n+2n+3DFT 输出S300 Hz350 Hz325 Hz● 如何对FFT谱线求方均根值来计算谐波和间谐波？● IEC 61000-4-7:2002 FFT分析窗口：10周期(约200ms) （RMS、不平衡计算时间） ● 信号系统：电力线载波（PLC）使用普通电力线为载体，通过载波方式将模拟或数字信号进行传输。利用电力通讯可以实现宽带网络、电话、有线电视、电力网四网合一。国家标准《单边带电力线载波系统设计导则》GB/T 14430-93与IEC标准相同。电能质量问题中，电力线载波通常被归纳为间谐波。谐波与间谐波算法：IEC 2002版与1991版谐波与间谐波：对FFT谱线的处理方法。IEC 2002版与1991版的区别。
7. IEC标准谐波分析：FFT谱线的计算(2)● 频谱分辨率的要求 1991年以前：谐波测量以50Hz为间隔。 IEC现行标准要求频谱分析间隔为5Hz。 ● 谐波与间谐波（子组） 1991版算法：谐波：11条谱线，间谐波：9条谱线。 2002版算法：谐波：3条谱线，间谐波：7条谱线。例：150Hz频谱分量为10%，145Hz频谱分量为1%，155Hz频谱分量为2%。则标示为“150Hz”的第3次谐波还应该包括145Hz频谱分量及155Hz频谱分量：即：第3次谐波为10.2%，而不是10%。频谱分析结果：频率分辨率要求例：6th 谐波的计算方法（1991版）例：6th 谐波的计算方法（2002版）
8. IEC61000-4-30：“标记”的重要性◆ 在发生骤降、骤升或电压中断事件时，其它电能质量参数的测量结果是否可靠？ ◆ 利用标记（Flagging）的方法，避免重复计算某一电压事件。◆ 标记，仅由骤降、骤升或电压中断事件触发。◆ 适用于频率、电压幅值、闪变、电压不平衡、电压谐波、电压间谐波的测量。 ◆ A级测量仪器的要求。F430：被标记的测量结果由显示屏右上角的标记“P”来表示。◆ 由用户决定如何评估标记的数据。PIEC 61000-4-7:2002：“标记” IEC要求采取严格同步采样加矩形窗的FFT。谐波分析仪只有在失去同步的情况下才允许使用汉宁窗加权的FFT，并且，仪器显示应标明此时的测试已失去同步，此时的谐波测量结果也应作出标记。例：“标记”，波动与闪变测量时有效地避免对电压骤降、骤升事件的重复计算，准确评估电压闪变。 IEC61000-4-30要求对某些测量值进行“标记”：对用户的意义：正确查找电能质量有关的事故原因决定出“对症下药”的治理措施准确评估电能质量某钢厂110kV电压骤降事件，电压电流波形发生时间：12/28/2004 03:35:07.157
9. 电压骤降：原因与危害电压骤降产生的原因无论供电系统的可靠性如何提高，输配电网络以及特殊负荷等仍会造成无法避免的电压骤降。例如：各种短路故障、大型电机的启动雷击致使保护动作、倒闸开关操作变压器及电容器的投切、轧钢机等冲击性负荷的投切电压骤降的危害设备名称影响与危害制冷控制器电压低于80%时，控制器切除制冷电机，导致巨大损失。芯片制造业电压低于85%时，芯片被毁，测试已停止工作，内部电子电路主板故障。 PLC 当电压低于90%持续几个周波，I/O设备切除，低于81%时PLC停止工作。精密制造电脑或机器人控制操作的精密加工过程，当电压低于90%持续2-3个周波时，其工作过程中断直流电机当电压低于80%时，电机保护跳闸。调速电机(VSD)当电压低于70%持续时间超过6个周波时，VSD被切除；当电压低于90%持续时间超过三个周波时，一些精密加工业的电机会跳闸退出运行。直流接触器电压低于50%持续时间超过一个周波时，接触器就会脱扣，有时电压低于70%接触器就会脱扣。计算机电压低于50%持续10各种周波时，计算机工作受到影响，数据丢失。电压骤降现象国际上已经公认：电压骤降是最严重的电能质量事件。约有80%以上的电能质量事故是由电压骤降造成的。电压骤降原因的统计比例瞬时值与有效值波形电压骤升现象原因：大型负荷的切断等。瞬时值与有效值波形
10. 电压骤降，为什么成为近年最受关注的电能质量问题？由于目前微处理器控制设备和电力电子设备在工业中的广泛使用，这些设备对电压骤降特别敏感，电压骤降往往会导致这类设备损坏或误动作。例如：变频调速设备、可编程逻辑控制器、各种自动化生产线、计算机系统等。在欧洲和美国，电力部门和用户对电压骤降的关注程度比对其他电能质量问题的关注程度要强得多。主要原因是，由电压骤降引起的用户投诉占整个电能质量问题投诉数量的80%以上，而由谐波等引起的电能质量问题投诉数量所占不到20%。 IBM公司统计表明，48.5%的计算机数据丢失是由电压不合格造成的。电压骤降：背景知识电压骤降，对敏感用电设备有什么影响？例：计算机系统紊乱（幅值下降大于10%，持续时间大于0.1s）变频调速设备跳闸（幅值下降大于15%，持续时间0.5周波）电压骤降问题，如何抑制与解决？例：动态电压调节器(DVR)是解决电压质量问题的有效措施。例：由雷击造成的短路故障电压骤降，是一种新的电能质量现象吗？不是。电压骤降是配电系统中最常见的一种电压扰动，当电力系统发生短路故障、大容量电动机启动、雷击、开关操作、变压器或电容器组投切时，都可能引起电压骤降。电压骤降并不是一个新的电能质量问题。由于过去的绝大多数用电设备对电压的短时突然变化不敏感，因此，电压骤降问题没有引起人们的关注。目前的电能质量国家标准中，有类似于谐波等面对电网运行管理的电压骤降标准吗？目前还没有此国标。我国的电磁兼容标准GB/T17626.11-1999《电磁兼容试验和测量技术电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验》等同于IEC61000-4-11：1994，该标准是针对用电设备的抗扰度要求而制定的。上海、浙江等地区电网提出的电能质量监测技术规范（报批文件），已明确要求监测统计骤降等电压质量现象。 F430等完全符合IEC61000-4-30的仪器，监测电压骤降等电能质量问题，有什么特点与优势？传统的测量仪器将电压骤降也处理为谐波、闪变及电压幅值不合格事件，重复计算。有学者提出小波变换法检测电压骤降并分析谐波。IEC61000-4-30采用半周期(10ms)刷新RMS值法(20ms)检测电压骤降，记录其发生时刻、持续时间及幅度，并作出电压事件标记。电压骤降与电压中断：事件定义
11. 电压骤降、骤升及电压中断事件IEC61000-4-30标准：捕获电压事件骤降：供电电压突然降低到标称电压Uc的90%和1%之间的一个值，然后在很短时间内恢复正常。电压骤降的持续时间通常在10ms和1分钟之间。电压骤降的深度定义为电压骤降期间最小有效值与标称电压的差值。不会使供电电压降低到小于标称电压Uc的90%的电压变化不属于骤降。骤升：电压有效值上升至额定值的110%以上，典型值为额定值的110%～180%，持续时间为0.5个周期至1分钟。电压中断：电压有效值降至额定值的1%以下，持续时间0.5个周期至3s为瞬时中断；持续时间3s至60s为暂时中断；持续时间大于60s为持续中断。电压事件的限值可以由EN50160标准定义或用户设定。电压骤降：IEEE Std. 1159-1995称为sag， IEC61000-4-11-1994称为dips。按事件的图表观察数据按事件的清单观察数据● 电压骤降事件在电力系统中普遍存在，无法避免。某美国公司于2005年进行的一项调查显示，98％的电压波动历时少于2秒，只有2％的电压波动事件（电源断电）历时超过15分钟，并且它们当中的大部分都和计划内停机相关。深入分析这些短期的电压波动，它们几乎都是电压骤降。该公司最终得出结论：在美国和加拿大，大部分的电压波动都是少于2秒持续时间的电压骤降。 EPRI的研究报告显示，一般的制造业工厂每年都会遭遇一次均值为12-14V的电压骤降。大约一半的电压骤降事件没有对生产过程造成影响，另外一半的电压骤降事件可能导致自动化设备（例如继电器，PLC等）产生错误输出和故障。骤升与骤降的限值设置对用户的意义：正确分析事故原因,准确评估电能质量
12. 电压骤降：实例*故障相发生时刻持续时间最小有效值降幅BC2006-04-29 08:20:42:635100ms141V40%故障相发生时刻持续时间最小有效值降幅BC2006-04-30 13:38:03:23660ms191V20%企业背景：安飞电子玻璃有限公司是河南安彩集团与荷兰飞利浦公司在郑州经济技术开发区的合资公司，主要生产彩色显像管玻壳，月产值8500万，生产线上的任务考核等以分钟计。电能质量要求：该公司全部生产线自动化程度很高，采用了大量的PLC控制器，电压骤降对其影响很大。电压骤降的危害与影响：电压骤降发生时，将导致PLC控制程序紊乱。不仅当时在生产线的大量产品出现质量问题而报废，而且会损坏模具等，重新启动整条生产线也至少需要半个小时。电压骤降的经济损失：因电压骤降，每次事故造成的损失少则十到二十万元多则近百万元。电压骤降事件实录：2006年4月29日与4月30日，电源系统连续出现两次电压骤降。　　　　*注：引自清华大学电机系文献资料
13. 电压骤降：解决方案电网短路故障：电压骤降与短时电压中断。故障点附近，电压幅值可能降到很低的水平，故障点较远区域，表现为不同程度的电压骤降。解决电压骤降的措施： 1）减少故障数目、缩短故障切除时间； 2）改变系统设计，降低电压扰动； 3）安装电压补偿型装置； 4）提高设备抵御电压骤降能力。电压补偿型装置: 采用电压补偿型装置最为有效。典型的装置是UPS（不间断电源）、SSTS（固态转换开关）和DVR（动态电压恢复器）。UPS可以有效解决电压骤降及短时间供电中断等问题，但由于采用整流输入模式，谐波电流注入电网形成新的污染，另外，负荷的全部功率要通过UPS进行变换后提供，增加了系统损耗，降低了效率。另外，大容量UPS非常昂贵。 SSTS是一种多路开关，通常接有两路电源对重要负荷供电，一路为正常供电电源，一路为备用电源。当正常电源出现电压骤降或供电中断时，快速切换到备用电源。优点是结构简单，工作可靠。缺点是在切换过程中仍然会使用户有短暂的骤降或断电情况发生。 DVR是目前国内外最为关注的解决电压骤降的装置。DVR串联于线路中运行，但由于只需补偿电压骤降部分的能量，其设计功率只有负荷全部容量的 1/3到1/5，价格优于同容量的UPS，损耗也远远低于后者。DVR的工作原理图DVR的工作原理： Main为系统电源，Converter为DVR的换流器，Energy Storage为DVR的储能系统，一般为电容器组或蓄电池系统，Load为对电压骤降比较敏感的负荷，Booster Transformer为升压变压器，将DVR输出的电压升高到系统需要的电压水平。例：电源电压发生电压骤降故障，由于DVR注入了骤降部分的电压，使得负荷处的电压保持原来的数值和波形，避免了系统扰动的影响。例：清华大学研制的DVR对电压骤降的抑制效果
14. 电压波动与闪变电压波动与闪变：测量结果电压波动：电压幅值在一定幅度内有规则的波动，或电压幅值不超过0.9 ~ 1.1的一系列随机变化。闪变：人眼对照度波动的一种主观感觉。如果电压变化达到0.5%，每秒钟6到8次，就会引起明显的闪变。闪变算法：由IEC61000-4-15标准定义。周期性的电压波动引起的明显的照明灯的闪烁。由统计学上的“灯－眼－脑”模型测量，该模型反映了大多数人如何受闪烁的白炽灯影响。原因：电弧炉、轧机引起的电压波动。注意：▲ 波动与闪变测量的分类范围：电压有效值的变动范围在±10%之内。 ▲ 闪变国际标准从1986年的IEC868，到1996年的IEC61000-3-7，直至2002年的IEC 61000-4-15，算法没有变化。 ▲ IEC 61000-4-30 5.3：闪变统计增加了“标记”的概念与要求。 ▲ 限值Pst为1.0，Plt为0.65。 ▲ 国标1990年版《电能质量电压允许波动和闪变》，参照日本的标准制定。 2000年版《电能质量电压波动和闪变》，等同于IEC标准。基本测量： Pst：10分钟短时闪变的的统计描述。1.0的读数将会引起50%的人能感觉到的闪变。 Plt：2小时长时间闪变的统计描述。● 电压波动与闪变并不会影响电气设备（如计算机及控制设备、电动机等）的正常工作。但其引发的照明灯光闪烁现象，可能会刺激人的视感神经。瞬时闪变趋势图F430：提供瞬时闪变（PF5）的趋势图通过比较瞬时闪变（PF5）的趋势与电压、电流有效值趋势的关系，可以查明导致闪变现象的电压事件。瞬时值与有效值波形
15. 三相不平衡：IEEE与IEC标准算法差异IEC标准（IEC 61000-4-30 5.7 不平衡）（国标的说明：适用于交流额定频率为50Hz的电力系统正常运行方式下由于负序分量而引起的公共连接点的电压不平衡。）三相不平衡的程度，用电压负序分量Vn与正序分量Vp的百分比表示。IEC标准要求的计算时间为200ms。三相四线系统： V1、V2、V3为三相电压基波有效值，为基波电压相角。三相三线系统： V12、V23、V31为线电压基波有效值。 IEEE定义的方法：三相电压（或电流）的平均值的最大偏差。该偏差与平均值的百分比。优点：评价三相基波的幅值与相角情况。可能的问题：计算三相基波序分量的有效值，不包含高次谐波。电网的额定运行频率；规定电压不平衡度限值。优点：基于通用的RMS计算，使用方便。包括高次谐波的影响，适应于畸变波形情况没有限定基波频率可能的问题：不包括相角影响IEC：电压不平衡度测量结果 IEC：电压、电流不平衡度的监测 IEEE:不平衡度测量结果
16. 捕获电压瞬变的原理：包络线触发 F1760：以纯正弦波为基础，按用户指定的容差限值设计波形包络线范围。如果实际波形超出设定的范围，仪器启动其捕获功能，并将捕获的波形与事件发生的时间等存储记录。 F1750瞬变记录的规格：测量类型：波形采样，并非峰值检测。测量范围：8000Vpk 采样分辨率：200ns，即采样频率为5MHz。 F1760瞬变记录的规格：采样率：100kHz至500kHz或10MHz，由用户选择设定。 (F1760的瞬变选购件：500kHz或10MHz) 测量范围：6000Vpk。 F43B瞬变记录功能：检测电压瞬变：＞40ns(F43B的示波器功能采样率达25MS/s)。可以捕获并储存40个电压瞬变波形。 F430瞬变记录的规格：采样分辨率：5us，即采样频率为200kHz。测量范围：6000Vpk。电压瞬变现象的捕获例：包络线触发（F1760\1750）电压波形捕获的波形包络线限值例：F430捕获到的瞬变现象电压瞬变：包括冲击型瞬变现象、振荡瞬变现象。瞬态：半个周波(10ms)以内，瞬变现象。测量方法：与标准正弦波比较。（暂态：从10ms到1min，骤升、骤降与电压中断事件。测量方法：半周期有效期计算。） F43B瞬变检测原理：包络线触发EN61010-1定义的瞬变
17. 电压瞬变：记录与分析高频振荡瞬变：主导频率一般在0.5～5MHz之间，持续时间约为几个s。中频振荡瞬变：主导频率在5～500kHz之间，持续时间约为几十个ms。电容器的充电会产生主导频率为几十kHz的振荡瞬变，电缆的投切也会产生同样频率范围内的振荡瞬变。冲击瞬变也会引起中频振荡暂态。低频振荡瞬变：主导频率低于5kHz，持续时间在0.3～50ms之间。低频振荡瞬变在输电系统和配电系统中经常遇到，很多事件都可能导致低频振荡瞬变的产生。电容器组的充电会产生主导频率在300～900Hz之间，峰值约为2.0pu的低频振荡瞬变。冲击瞬变振荡瞬变振荡分量0.1 µs 100 ns最大的时间分辨力：100 ns 记录长度：65.536 点/每次事件F1760采样率（选件）： 100kS/s–500 kS/s、100kS/s–10MS/s现场实测记录结果
18. IEC标准测量仪器与国标的关系问题国标：现行电能质量国家标准主要是谐波、闪变与三相不平衡。闪变、三相不平衡国标与IEC相同。需要注意的是谐波标准。标准包括两方面：限值与测量算法。限值：国标要求低压380V谐波THD限值为5%，而EN标准对中低压网（≤35kV）电压谐波THD限值为8%。国标要求35kV、10kV系统按用户设备容量(或最小短路容量)来计算允许注入电网的谐波电流限值。测量算法：国标GB/T14549-1993《电能质量：公用电网谐波》，推荐采用3s平均法，对仪器的采样与计算周期没有明确规定。与谐波测量仪器有关的另一个国标：GB/T17626.7-1998《电磁兼容试验和测量技术：供电系统及所连设备谐波、谐间波的测量和测量仪器导则》，等同于IEC61000-4-7:1991。电磁兼容国标基本上与IEC同步。说明：电能质量分析与测量是一个相对较新而且发展迅速的领域，随着该领域研究的深入，IEC标准的修订与改变是相当大的。例如最近几年的变化： IEC61000-3-2:V2.1(或EN61000-3-2:A14)标准，规定了相应的谐波限值与统计方法。现在已更改为IEC61000-3-2:V2.2(或EN61000-3-2:2000)标准。 IEC标准对测量仪器的谐波分析方法也有具体而明确规定。如目前的IEC61000-4-30:2003标准，谐波部分引用IEC61000-4-7:2002，闪变部分引用IEC61000-4-15。相应的测量方法，早期的IEC61000-4-7:1991标准要求仪器的谐波分析计算周期为16个周波。目前的IEC61000-4-7:2002标准，要求测量仪器谐波分析的计算周期为10个周波（50Hz系统）。最新颁布的谐波限值标准IEC61000-3-2 2005-11 edition 3.0，闪变限值标准IEC61000-3-3 2005-10 edition 1.2，已于2006年4月发表，将于2009年2月起执行。
19. 有效值测量有效值测量方法—平均整流原理(MEAN)：正弦波：算术平均值为零。平均整流原理测量有效值：绝对值平均，乘1.11倍。问题：只适用于正弦波。标准正弦波：峰值为Im。有效值测量方法--峰值检测法：标准正弦波：峰值与有效值的关系为1.414倍。以峰值检测电路测量有效值。表示正弦波的幅度：有效值。 DMM测量的电压、电流读数，就是被测物理量的有效值。标准电压220V，也是指供电电压的有效值。什么是有效值？交流电流i通过电阻R在一个周期T内产生的热量与一直流电流I通过同一电阻在同一时间T内产生的热量相等，则称I的数值为i的有效值（方均根值、有效值） Root Mean Square，RMS 当时有效值：有效值测量方法—真有效值原理(T-RMS)：适用于正弦与非正弦波形例：128点采样值的有效值计算例：F1760电压有效值监测算法：10周期、2048个采样点计算一个RMS值。IRTiRT平均整流原理与真有效值原理测量结果比较
20. 电压有效值测量与评估：IEC61000-4-30与EN50160IEC61000-4-30计算电压有效值时间间隔为：200ms(10周期)、3s、10min、2h。 200ms有效值：由10周期内采样到的N个电压瞬时值作方均根计算。 (每10周期间隔的要求：连续，无重叠) 3s有效值：对3秒内的上述15个“200ms有效值”作方均根计算。 10min有效值：对10分钟内的上述200个“3s有效值”作方均根计算。 2h有效值：对2小时内的上述12个“10min有效值”作方均根计算。EN50160监测与评估例： 230V系统电压，时间为7天。每10个周期(200ms)计算一次RMS电压，由连续、无重叠的“200ms有效值”作方均根计算得“10min有效值”。7天共有 168 小时 x 6 = 1008 个“10min有效值” 95%的读数（958个数据）必需在额定值10％的范围之内，不能有读数高于额定值10%或低于额定值15%。因此，最多有5%的读数（50个数据）可能会低于207V，但不会低于195.5V。“10min有效值”不得超出该范围7天的有效值数据，95%必需在此范围之内。国标《电能质量供电电压允许偏差》 GB12325-90 10kV及以下三相： ±7%。 220V单相：+7%，-10%。国标《电能质量公用电网谐波》 GB/T 14549—93 3s平均、95%概率。3s有效值200ms有效值10m有效值2h有效值F1750：电压有效值(10min)监测结果
21. 电能质量：IEC标准IEC61000-4-30:2003 “Electromagnetic compatibility (EMC) Part 4-30: Testing and Measuring Techniques – Power Quality Measurement Methods” “测试和测量技术－电能质量测量方法” IEC61000-4-7:2002 “Testing and Measuring Techniques – General Guide on Harmonics and Interharmonics Measurements ” “测试和测量技术－谐波和间谐波测量的通用指导” IEC61000-4-15:2003 “Testing and Measuring Techniques – Flickermeter Functional and Design Specifications” “测试和测量技术－闪变仪功能和设计指标” EN50160:1999 “Voltage Characteristics of Electricity Supplied by Public Distribution Systems” “公用配电系统供电特性”IEC61000-4-30:2003定义的12个电能质量测量参数： ● 频率 ● 供电电压幅值 ● 闪变 ● 供电电压骤降和骤升 ● 电压中断 ● 瞬态电压 ● 供电电压不平衡 ● 电压谐波 ● 电压间谐波 ● 供电电压上的信号电压 ● 快速的电压变化 ● 欠偏差和过偏差参数的测量
22. IEC61000-4-30：电能质量测量方法概述(1)1、电源频率测量 A级：每10秒钟获得频率读数。在10s间隔内，电源频率可能不恰好是50Hz，因此周期的数量可能不是整数。基波频率测量结果是在10s内所计的完整周期数量除以完整周期的时间。f=n/T。测量时间间隔应无重叠。删除10s内重叠的单个周期，在一个绝对10秒钟时钟上(50Hz系统为±20ms)开始每个10秒钟间隔的测量。测量不确定度不应该超过±0.01Hz。 B级：制造商应该指出用于频率测量的过程。 2、供电电压幅值 A级：每10周期时间间隔计算电压有效值。注1：该测量方法用于准稳态信号，不用于检测骤降、骤升、电压中断和瞬变等干扰信号。注2：该有效值测量方法也用于谐波、间谐波、电源信号等的计算。 A级测量不确定度不应该超过Udin的±0.1%。(B级为±0.5%) 3、闪变电压骤降、骤升和中断，将对Pst和PIt值进行标记。 4、供电电压不平衡 10周期时间间隔，使用对称分量法计算基波正序分量、负序分量及零序分量。要求：使用滤波器或者通过离散傅里叶变换（DFT）算法将谐波的影响降至最小。测量不确定度：小于±0.15%。例1.0%负序，仪器提供的读数x为0.85%<x<1.15%。 5、电压中断电压中断的检测及评价方法，原理上与骤降类似。 IEV 161-08-20认为当电压小于标称电压的1%时，即已发生了中断事件。然而，对低于标称电压1%的电压进行正确测量比较困难。因此，IEC标准建议用户设置一个适当的电压中断阈值。
23. IEC61000-4-30：电能质量测量方法概述(2)6、供电电压骤降和骤升 ▲ 电压骤降检测：骤降阈值：Udin或者滑动参考电压Usr的百分数。单相系统，当Urms(1/2)降到骤降阈值以下时，骤降事件开始；当Urms(1/2)等于或者高于骤降阈值加上磁滞电压时，骤降事件结束。多相系统，当一个或者多个通道的Urms(1/2)低于骤降阈值时，骤降事件开始；全部被测通道上的Urms(1/2)电压等于或者高于骤降阈值加上磁滞电压时，骤降事件结束。 ▲ 电压骤降评价：剩余电压(Ures)或者深度，持续时间。剩余电压指在骤降的过程中在任何通道上所测量的最低的Urms(1/2)值；深度指参考电压(Udin 或者Usr)和剩余电压之间的差值，以参考电压的百分数表示；电压骤持续时间指电压骤降开始和结束之间的时间差值。 ▲ 磁滞的典型值等于Udin的2 %。对于故障检修或者统计应用，典型的骤降阈值为固定参考电压的85%～90%；对于合同应用，则为固定参考电压的70%。骤升阈值的典型值大于Udin的110%。 ▲ 滑动参考电压的计算选择滑动参考电压监测电压骤降或者骤升时，应使用时间常数为1分钟的一阶滤波器对其进行计算。 Usr(n) = 0.9967 x Usr(n-1) + 0,0033 x U(10)rms 其中： Usr(n) 是该滑动参考电压现在的值； Usr(n-1) 是该滑动参考电压前一个值； U(10)rms 是最近的10周期均方根值。滑动参考电压初始值为额定电压。每10周期更新。如果某10周期值进行了标记，则不对这个滑动参考电压更新，使用前一个值。
24. IEC61000-4-30：电能质量测量方法概述(3)7、瞬态电压瞬变测量结果由这个瞬变的本质以及用户所选择仪器报告的参数有关。当绝缘是主要考虑的内容时，通常做的瞬变测量是相对地。当仪器损害是首要考虑的内容时，通常做的瞬变测量是相对相或者相对中性线。 8、电压谐波 A级：IEC61000-4-7:2002定义的10周期谐波子组Gsg,n测量方法。 (电流谐波：如果在10周期时间间隔内发生了电压骤降、骤升或电压中断，则将该10周期时间间隔的电流谐波测量结果标记为“已标记”。) (B级：由制造商规定测量不确定度和测量间隔时间。) 9、电压间谐波 IEC61000-4-7:2002定义的10周期间谐波子组Cisg,n测量方法。 (电流间谐波：骤降，间谐波结果标记。) 10、供电电压上的信号电压目的：对已知载波频率的信号电压的等级进行验证。方法：四个最接近的间谐波谱线合并均方根值。例如：评估50Hz系统中的316.67Hz脉动控制信号的电压，从10周期时间间隔的快速傅里叶变换(FFT)所得310Hz、315Hz、 320Hz和325Hz谱线，作均方根计算而得。 A级测量不确定度：不应该超过读数的7%。 11、快速电压变化快速电压变化是在两个稳态电压有效值之间快速变化。快速电压变化期间的电压有效值不超过电压骤降或电压骤升的阈值，否则就认为是一个电压骤降或者电压骤升事件。快速电压变化的特性参数是在变化后达到的稳态值和初始稳态值之间的差值。 12、欠偏差和过偏差参数的测量
25. 测量间隔、评估时间与评价方法● 电源频率测量间隔：10秒钟。评估时间：一周。评价方法：95%概率，最大值、最小值。 ● 供电电压的幅值测量间隔：10分钟。评估时间：一周。评价方法：95%概率，最大值、最小值。 ● 闪变测量间隔：10分钟Pst、2小时PIt。评估时间：一周。评价方法： Pst ，99%概率，最大值。Plt，95%概率，最大值。 ● 电压骤降、骤升及电压中断测量间隔：10ms。评估时间：一年。 ● 供电电压不平衡测量间隔：10分钟以及2小时。评估时间：一周。评价方法：95%概率，最大值。 ● 谐波电压、间谐波电压测量间隔：10分钟。评估时间：一周。以及为期至少一周的对3秒（150周期）值的每日评估。评价方法：95%概率，最大值。 ● 供电电压上的信号电压测量间隔：3秒（150周期）。评估时间：一天。例：95%概率大值： 1000个测量值中，摒去50个最高值后，在950个测量值中选取其中的最大值，作为该参数是否合格的评价依据。F430：输入谐波限值F430：输入频率监测限值F430：输入快速电压变化限值
26. EN50160:1999，欧洲电能质量限值标准(1)EN50160《公用配电系统供电特性》定义与说明：低压(LV)：标称有效值上限为1kV的供电电压。中压(MV)：标称有效值为1kV～35kV的供电电压。正常运行条件：在配电系统中，满足负荷需求并在不存在因外部影响或大的事件所引起的异常状况时，可通过自动装置及保护措施进行系统切换和清除故障的状态。闪变：电压波动会引起灯的亮度发生改变，这种亮度改变可产生称为闪变的视觉现象。在超过一定阈值之后，闪变会使人厌烦。在特定的重复波动速率下，即使非常小的波动幅度也可带来另人厌烦的效果。谐波电压：供电电压的谐波主要由与供电系统的所有电压级别相连的客户非线性负载所引起。流过系统阻抗的谐波电流导致产生谐波电压。谐波电流和系统阻抗以及由此导致的谐波电压随时间而变化。信号电压：叠加在供电电压上的信号电压，用于公共配电系统中信息传输。包括：波纹控制信号：频率为110Hz～3000Hz的叠加正弦电压信号；电力线载波信号：频率为3kHz～148.5kHz的叠加正弦电压信号；电源标志信号：所选测点处电压波形上叠加的短时变动（瞬变）。
27. EN50160:1999，欧洲电能质量限值标准(2)1、频率 50Hz系统，正常运行条件下，10s时间内测量到的基频平均值应符合：（1）互联电网：50Hz±1%（即49.5～50.5Hz）,在一年的99.5%时间内； 50Hz+4%/-6%（即47～52Hz）,100%时间内。（2）孤立电网：50Hz±2%（即49～51Hz）,在一周的95%时间内； 50Hz±15%（即42.5～57.5Hz）,100%时间内。 2、供电电压幅值低压系统：标准额定电压Un=230V。中压系统：由标称电压Uc给出。注：在低压系统中，标称电压和额定电压相等。 3、供电电压变化在排除发生故障或电压中断情况的正常运行条件下：低压系统：每周，95%的供电电压(10分钟平均有效值)应在Un±10%范围内。所有的供电电压(10分钟平均有效值)应在Un+10%/-15%范围内。注：通过长传输线供电的遥远地区，电压可能在Un+10/-15%范围之外。中压系统：每周，95%的供电电压(10分钟平均有效值)应在Un±10%范围内。 4、快速的电压变化 4.1、快速电压变化的幅度供电电压的快速电压变化主要由客户装置中的负载变化或系统中的开关操作引起。正常运行条件下，一个快速电压变化一般不超过5%Un(LV，中压系统为4%Uc)。但在某些情况下，一天当中可能会发生几次持续时间很短、幅度高达10%Un(LV，中压系统为6%Uc)的电压变化。注：导致电压小于90%Un的电压变化被认为是一个供电电压骤降。 4.2、闪变正常运行条件下，在任何一周之内，由电压波动引起的长时间闪变应该为：对于95%的时间，Plt≤1。F430：选择电能质量限值标准F430：电能质量记录结果
28. EN50160:1999，欧洲电能质量限值标准(3)5、供电电压骤降：电压骤降一般由客户设备或公共配电系统中发生的故障引起。它们是不可预测的，大多数为随机事件。根据供电系统的类型和观察点的不同，每年的发生频率变化很大。并且，骤降事件在一年中的分布也可能非常不规则。每年可发生几十次至几百次，大多数电压骤降的持续时间短于1s，深度小于60%。但是，可能会不经常性地发生具有更大深度和更长持续时间的电压骤降。在某些区域，可能会由于客户的负载切换而频繁发生深度在10%至15%Un之间的的电压骤降。 6、供电电压的短时间中断：正常运行条件下，每年可发生几十次至几百次，约70%的短时断电小于1s。 7、供电电压的长时间中断：超过3分钟的长时断电，每年在10次以内或不超过50次。 8、带电导线和地线之间的暂时工频过电压：暂时工频过电压一般在公共配电系统或用户发生故障时出现，并在故障清除后消失。低压系统一般不超过1.5kVrms。中压系统：在直接或阻抗接地中线系统，过电压一般不超过1.7Uc。在隔离或谐振接地系统中，过电压一般不应超过2.0Uc。 9、带电导线和地线之间的瞬态过电压：低压系统一般不超过6kV峰值。上升时间范围从几毫秒到小于1微秒。注：瞬变电压的能量大小因故障不同而变化很大。与开关操作引起的过电压相比，因雷电而产生的感应过电压一般幅度更高但能量较低，因为开关操作过电压持续的时间较长。用户端浪涌保护装置的选择应考虑到比开关操作过电压更高的能量要求。
29. EN50160:1999，欧洲电能质量限值标准(4)10、供电电压不平衡正常运行条件下，每周，95%的供电电压负序分量（10分钟平均有效值），应在正序分量的0～2%范围内。某些单相或两相负载的地区，三相供电端会发生高达大约3%的不平衡。 11、谐波电压正常运行条件下，在每个星期当中，各次谐波电压（10分钟平均有效值）的95%应小于或等于下表所列值。谐振可能会引起较高的各次谐波电压。 40次谐波以下的总畸变率（THD）应小于或等于8%。注1：没有给出次数高于25次的谐波限值，因为它们通常很小，且因谐振作用大多无法预测。注2：LV对第25次谐波无限值。 12、间谐波电压缺乏公认的实验数据，未作限值规定。（但IEC 61000-2-4规定一般限值为0.2%） 13、供电电压上的信号电压工频电压上叠加的传输信号电压。在一天的99%时间内，信号电压的三秒钟平均值应小于或等于右图中给出的值。低频段(500Hz以下)幅值小于9%Un，中频段(900Hz～9kHz)幅值小于5%Un。 MV：9kHz～95kHz的信号电压限值，尚待考虑。奇次谐波偶次谐波不是 3 的倍数3 的倍数次数含量次数含量次数含量5 7 11 13 17 19 23 256 % 5 % 3.5 % 3 % 2 % 1.5 % 1.5 % 1.5 %3 9 15 215 % 1.5 % 0.5 % 0.5 %2 4 6…242 % 1 % 0.5 %
30. EN50160:1999，欧洲电能质量限值标准(5)参数电压等级评估值限值评估方法频率 –互联电网 lv和mv 50Hz±1%一年，99.5% 　　50Hz+4%/-6%　100%频率 – 孤立电网 lv和mv 50Hz±2%　一周，95% 　　50Hz±15%　100%供电电压幅值 lv Uc=Un=230V　　　mv Uc 　　供电电压变化 lv和mv Un±10%一周，95% 　lv Un+10%/-15%100%快速电压变化的幅度 lv 一般＜5% Un＜10% Un一天，短持续时间　mv一般＜4% Uc＜6% Uc一天，短持续时间闪变 lv和mvPlt ≤1一周，95%的时间电压骤降lv和mv深度＜60%Uc，时间＜1s ＜90%Uc 低于一秒供电电压短时间中断lv和mv＜1秒≤180秒一般70%情况下供电电压长时间中断lv和mv10…50次/年＞180秒不包括预先安排的停电暂时工频过电压 lv　≤1.5kV　　mv　≤1.7Uc直接或阻抗接地中线系统　mv　≤2Uc隔离或谐振接地系统瞬态过电压 lv通常＜6kV　　　mv　　　供电电压不平衡 lv和mv0…2 % 3%一周,95% 谐波电压lv和mv各次谐波, 高达25次＜附表值一周,95% 　　总谐波畸变(40次以内) ≤8% 　间谐波电压 lv和mv尚待考虑　　供电电压上的信号电压 lv和mv信号电压含量＜图示值一天,95%
31. 谐波：产生原因__非线性负载线性系统：判断标准：对正弦波输入的响应线性系统特点：输入正弦波，输出为同一频率的正弦波。输入输出之间有幅值差异及相移。线性负载：电阻性，电感性，电容性等非线性负载：内含整流电路等。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而出现其他频率分量，即：谐波。例：整流负载的非线性谐波产生的原因：整流负载的非线性例：半波整流电路的输出信号例：三相桥式整流电路的非线性（A相电流：THD为99%）（A相电流：THD为31.9%）（电网侧电流：THD为136%）（电网侧电流：典型频谱）
32. 谐波：使正弦波出现畸变例：一个正弦波在5次谐波和7次谐波的影响下怎样发生畸变。（相对于基波的24%和9%）。基波和谐波引起的失真波形
33. 谐波的主要危害 ● 谐波可能导致继电保护、安全自动装置拒动或误动作。 ● 可能引发谐振现象，导致电容器、互感器等因过电流或过电压而损坏。 ● 增大了电力系统的谐波损耗。 ● 降低电力设备的利用率，使电气设备（如旋转电机、电容器、变压器）以及导线（如低压中性线、电缆、母排等）过载运行（发热、振动、异常声响等），缩短使用寿命。F430：谐波测量棒状图F430：谐波测量结果表F430：谐波测量趋势图
34. 谐波治理__无源滤波器：方法与问题原理：无源滤波器由电容器和电抗器串联而成，并调谐在某个特定谐波频率。滤波器对其所调谐的谐波来说是一个低阻抗的“陷阱”。理论上，滤波器在其调谐频率处阻抗为零，可吸收掉要滤出的谐波，避免其流入系统。采用无源滤波器治理谐波是一个非常普遍和基本的方法。优点：滤波电容器和电抗器技术成熟，价格低廉。当系统谐波情况比较简单时，作用明显而有效。问题： ◆滤波效果不够理想只能抑制固定的几次谐波。由于电网的复杂化及非线性负荷的增多，谐波问题变得很不确定。不仅各次谐波含量波动比较明显，谐波成分也变得多样化，如包括了偶次谐波和更高次谐波，并且在时间上也不是一成不变的。而无源滤波器一旦设置好参数，就基本不能改变。 ◆可能和系统发生谐振，引发事故无源滤波器还会带来谐振问题，对某次谐波在一定条件下会产生谐振而使谐波放大，引起其他事故。在进行无源滤波器设计的时候需要非常注意避免谐振点，但由于外部环境是变化的，当系统参数变化时，原来的设计就会显得不合适甚至产生新的谐振点。 ◆滤波要求和无功补偿、调压要求有时难以协调在基波条件下，固定电容器是固定的无功补偿装置。如果设计不合理或者系统参数发生了变化，很可能会产生无功反送。例：轧钢厂无源滤波单调谐滤波器、双调谐滤波器高通滤波器
35. 无功补偿、无源滤波器：谐波谐振问题概况为了补偿设备的无功功率，提高功率因数，在低压配电处一般并联装有电容补偿滤波器。在工频情况下，这些电容器的容抗比系统的感抗大得多，不产生谐振。但是如果谐波含量高，这些谐波使电容的容抗变小而使系统的感抗变大，这样就容易产生谐振，使谐波电流经过电容器时进一步放大，使电容过热、寿命缩短，严重时甚至引起爆炸。案例* ：谐振导致谐波放大某企业的大功率变频电机(6kV,1800kW)，结合无功补偿装设了两套滤波器，但是变频电机所产生的谐波非但没能滤除，反而被放大了。大量的谐波电流注入系统，导致电机无法正常运行。不投入无功设备时，谐波测试分析结果：谐波状况满足国家标准的限制（标准允许值为4%），且谐波电流中含有的5、7次很少，不同负荷下THDi 为5.1%～10%，符合12脉动整流设备的特点。同时由于6.6kV系统的短路容量很大，注入系统的其他谐波也没有超标。但是功率因数有时达不到要求，为此需要加入必要的无功补偿设备。投入无功设备时的测试结果：配置1200kvar的无功补偿电容器接入6kV母线，分两组分别设计成11、13次谐波滤波器，设备参数： 11次滤波通道：电容AAM4-250-1W，250kvar，4kV；电抗CKSG-6.225/6.6，6.6kV； 13次滤波通道：电容AAM4-150-1W，150kvar, 4kV 电抗-CKSG-2.664/6.6，6.6kV。投入滤波器后，不同运行方式下谐波测试结果均严重超标：调速电机、2组滤波器运行，母线A相电压总谐波畸变率达12.3%。调速电机、11#滤波器运行、13#滤波器停运，6kV母线A相电压总谐波畸变达9.2%，母线A相电流总谐波畸变高达50%。滤波器无法正常运行的原因分析：原来的两组滤波器按滤除11、13次谐波考虑，可能对较低次谐波电流放大。改进方法：采用空心电抗器代替原有铁心电抗器，重新计算，选用较为合理的电感数值，以躲开低次谐波的谐振点。结论：既能很好的补偿功率因数，同时又不对谐波电流放大。* 陈俊杰：一组滤波器无法运行的原因分析与改进措施，《农村电气化》2005,No.4
36. 串联谐振：过电压，并联谐振：谐波电流放大串联谐振在维持电压不变的情况下，若从低到高地改变音频讯号发生器的频率f就会看到，小灯的亮度开始由小变大，到某个频率f0后发生转折，又由大变小。这表示，LCR电路中的电流随频率不是单调变化的，而是在f=f0处有极大值，或者说电路的总阻抗Z在此时有个极小值。这种现象叫做谐振。f0称为谐振频率。1、谐振频率谐振时，电路里的等效阻抗最小，电流最大。式中的ω0和f0是由电路的L、C值决定的。当激励源的频率f与电路的固有频率f0相同时，就会发生谐振现象。 2、电容器及电抗器上的电压分配当电路发生谐振时，在L和C上的电压大小相等，方向相反，从整体上说它们的作用互相抵消，但它们的单独作用却不能忽视。由于R＜＜ω0L，Q值可以很大，可达几十乃至几百。品质因数Q体现了电容或电感上电压比激励电压高出的倍数。因此就出现了分电压比总电压大得多的现象。电感上的电压和电容上的电压大小相等，方向相反，相互抵消，因此串联谐振又称为电压谐振。一旦发生串联谐振，会因过电压而击穿绝缘损坏设备（如电容器击穿）。并联谐振并联谐振频率谐振时，两分支电路中的电流几乎相等，且近似为总电流I的Q倍，因而，并联谐振电路也称为电流谐振。串联谐振演示串联谐振特点并联谐振电路
37. 谐波治理__有源滤波器例：Schneider有源电力滤波器AccuSine补偿原理设负荷电流iL是方波电流（图a），其中所含的高次谐波分量为iH（图b）。有源电力滤波器如果产生一个如图c所示的与图b所示的幅值相等、且相位于相反的电流iF, 则iF和iL综合后，电源侧的电流iS就变成如图d所示的正弦波形。滤波器结构图：储能元件为电容的电压型，采用电感的电流型有源滤波示意图谐波电流补偿原理（a）负荷电流；（b）高次谐波分量电流（c）APF产生的电流（d）补偿后的电流优点有源滤波器以实时检测的谐波电流为补偿对象，补偿效果和通用性良好。能跟踪补偿各次谐波、自动产生所需变化的无功功率，其特性不受系统影响，无谐波放大危险，相对体积重量较小等。已成为电力谐波抑制和无功补偿的重要手段。构成由高次谐波电流的检测、调节和控制器、脉宽调制器（PWM）的逆变器和直流电源等主要环节组成。
38. 非正弦系统的功率和谐波(1)● 对于正弦、线性负载，传统的功率测量方法 DC: W = V * I AC: W＝ Vrms * Irms * cosφ ● 对于非正弦系统，宽带测量仪器、谐波分析仪的功率计算方法：瞬时功率：p(t) = v(t)×i(t) 一周期内传输至负载的能量为：有功功率（瞬时功率在一周期内的平均值）：电压与电流以谐波形式表示：以谐波形式表示的有功功率：利用三角函数的正交性，整理可得积分结果：因此，有功功率为：结论：只有电压与电流同频率的成分，才能构成负载的平均有功功率。总有功功率＝直流分量的功率＋各次谐波的有功功率
39. 非正弦系统的功率和谐波(2)例1：电压为基波，电流为三次谐波计算结果：瞬时功率曲线有功功率为零。例2：电压为三次谐波，电流也是三次谐波，相位相同瞬时功率曲线有功功率为0.5。例3：电压为1st、3rd、5th，电流为1st、5th、7th, 瞬时功率曲线总有功功率为基波有功功率与5次谐波有功功率之和，此例为0.32。谐波电能计量问题：广东省电力谐波监测站结果* 河南省电研院研究结果*张卓，对谐波影响下的电能计量方式的探讨，广东电力，04, 2002
40. 非正弦系统的有效值和谐波非正弦电压或电流以谐波形式表示：有效值公式：利用三角函数的正交性，整理可得有效值积分结果：即结论：1、总有效值为直流分量及各次谐波分量有效值平方和的方根。 2、谐波分量通常将使有效值增大。 3、谐波，并不一定增大有功功率。正弦波电源电压，非线性动态负载对于正弦波的电源电压，谐波电流不产生有功功率。但谐波电流使总的有效值增大，从而降低了功率因数。有功功率：电流有效值：真功率因数与基波功率因数的关系：畸变因数的定义：比较THD的定义：可知畸变因数与总谐波畸变THD的关系：总需量畸变率(TDD)：以基波为基准的比值, 用百分数表示。其值为谐波电流的均方根值除以额定需求基波电流(或最大需求基波电流)的均方根值。 (TDD为IEEE 519的要求，考虑了轻载的影响，实用性较强。例如PWM调速电机,轻载时THD很大，TDD较小；满载时两者相同。)
41. 某汽车企业生产线的供电质量事故分析背景：东北地区某汽车企业与德国合资的知名品牌高档轿车生产线出现了供电质量问题，故障频率大概每年10次。企业的谐波水平符合国家标准，用于功率因数补偿的电容器组也正常工作。客户提问：国标关于电能质量主要有谐波、闪变和三相不平衡。生产线供电质量问题是否可能是闪变超标？需要测量电压波动和闪变吗？应如何评判其供电质量问题？回答与建议：电能质量分析与测量是一个相对较新且发展迅速的领域。随着国内外专家学者以及相关企业对电能质量问题研究的深入，IEC对电能质量观测与评价的规范越来越细致。一般认为：电压骤降、骤升及电压中断事件是破坏电气系统的主要原因之一。电压波动与闪变问题并不会影响电气设备（如计算机及控制设备、电动机等）的正常工作。近年来，IEC标准的改进与变化是相当大的，国标的修订工作进展较慢。按目前的国标评估谐波、闪变、不平衡指标，无助于该企业事故原因的分析与研判。从该企业故障发生的频率看来，无需测量电压波动与闪变。东北电网的谐波与闪变状况普遍比较好。建议客户使用符合最新的IEC 61000-4-30 A级标准的F435，对其生产线电源系统作长期监测，查找与分析其供电质量的问题。可能的原因： 1、该企业生产线频发的故障可能由电压质量问题引起。 2、企业供电线路结构可能不合理。生产线附近的冲击性负荷、电网运行操作或瞬时故障，可能导致了该企业生产线电源的骤降或瞬态等电压质量问题。结果：客户试用后，认可F435是查找其生产线供电质量问题的有效工具。 F435的关键点： 1、详尽、准确的电压事件监测与记录。如骤降与瞬态等现象的发生日期、时刻、持续时间、幅值等。 2、仪器内置16M内存，可以捕获多达1000个电压事件。
42. 银行印制企业的谐波治理背景：银行系统某印制企业的新型印钞机器属于电能质量敏感设备。因企业使用了大量变频器，导致印钞设备的程控系统工作紊乱，故障频繁。该企业采用某公司的美制最新型有源滤波器，治理谐波。但程控设备的故障隐患依旧存在，而且，有源滤波器也常出现莫名其妙的故障。该企业对谐波问题很重视。但发现各厂家谐波仪器的测量结果不一致，治理谐波的投资不一定合理。原因： 1、可能存在骤降或瞬态等电压质量问题，影响印钞设备和有源滤波器正常工作。 2、普通品牌谐波仪器可能过高评估谐波水平。（某些品牌谐波仪也有低估谐波水平情况）。建议：该行业客户统一配备国际标准B级仪器F434：对企业的谐波、骤降、瞬态等电能质量状况进行综合监测及分析调查。统一配备国际标准A级仪器F435：准确评估谐波水平，正确评判滤波效果。解决方法：第一步，采用F434正确评估谐波水平，监测骤降与瞬态电压质量事件，准确分析事故的真实原因。第二步，采取合理滤波，或DVR方式，综合治理电能质量。第三步，采用F435评估电能质量治理效果。 F430的关键点： 1、详尽、准确的电压事件监测与记录。如骤降与瞬态等电压质量现象的发生时间、严重程度等。 2、“标志”功能：避免错误的谐波统计。 3、符合国际标准的、权威的谐波分析结果。
43. 竞争对手问题：虚假的IEC标准信息法国某公司8332\8334三相电力质量分析仪的几个问题：谐波计算规格：* 窗口时间：4周期，约80ms （F430：10周期,约200ms） FFT点数：1024采样点（F430：5000点）标准* ：IEC 1000-4-7 （F430：IEC 61000-4-7:2002，IEC61000-4-30:2003）另外： 1、仪器的安全级别：CAT III 600V （F430：CAT IV 600V/CAT III 1000V） 2、内存配置： CA8332：2M （F434：8M） CA8334：4M （F435：16M） 1、4周期窗口的谐波分析方法，连早期的IEC61000-4-7:1991都不符合（16周期），更不符合目前的IEC61000-4-7:2002标准的要求。 2、IEC61000-4-30为电能质量测量标准，谐波部分引用了IEC61000-4-7:2002。 3、IEC61000-4-30要求“标记”功能，以避免将骤降事件统计入谐波结果。 ●注1：CA8332\8334谐波测量规格引自CA8332\8334用户手册。中文版用户手册，p.42。德文版用户手册，p.42。 ●注2：中文版简介，ca8334_sc.pdf，提及EN50160,IEC61000-4-15,IEC61000-4-30,IEC61000-4-7等标准。英文版简介，ca8334_en.pdf，没有提及上述标准。关于谐波测量标准： ● IEC61000-4-30，2003年首发，为电能质量测量标准第1版。 ● 61000-4-7 Ed.1.0（16周期）即 IEC61000-4-7:1991 ● 61000-4-7 Ed.2.0 (10周期) 即 IEC61000-4-7:2002
44. 中国国标：电能质量标准 ●《电能质量电力系统频率允许偏差》(GB/T15945-1995) ●《电能质量供电电压允许偏差》(GB/T12325-2003) ●《电能质量电压波动和闪变》(GB12326-2000) ●《电能质量三相电压允许不平衡度》(GB/T15543-1995) ●《电能质量公用电网谐波》(GB/T14549-1993) ●《电能质量暂时过电压和瞬态过电压》(GB/T18481-2001) 电能质量测量标准《供电系统及相连设备的谐波、谐间波的测量和测量仪器导则》(GB/T17626.7-1998) 《电能质量测试分析仪检定规程》(DL/T1028-2006) 《电能质量监测设备通用要求》(GB/T19862-2005,待批) 相关的设备标准《低压电气及电子设备发出的谐波电流限值（设备每相输入电流≤16A）》(GB17625.1-2003) 《对额定电流不大于16A设备在低压供电系统中产生的电压波动和闪烁的限制》(GB17625.2-1999) 《对额定电流大于16A的设备在低压供电系统中产生的电压波动和闪烁的限制》(GB/Z17625.3-2000) 《电磁兼容限值中、高压电力系统中畸变负荷发射限值的评估》(GB/Z17625.4-2000) 《电磁兼容环境电磁环境的分类》(GB/Z18039.1-2000) 《电磁兼容环境工业设备电源低频传导骚扰发射水平的评估》(GB/Z18039.2-2000) 《半导体变流器与供电系统的兼容及干扰防护导则》（待批）《风力发电机组电能质量测量和评估方法》(GB/T20320-2006) 电能质量治理设备标准《输配电系统静止无功补偿器用晶闸管阀的试验》（待批）《静止型无功功率补偿装置（SVC）功能特性》（待批）《静止型无功功率补偿装置（SVC）现场试验》（待批）
45. 电能质量：中国标准摘要(1)频率标准限值：① 正常允许±0.2Hz，根据系统容量可以放宽到±0.5Hz； ② 用户冲击引起的频率变动一般不得超过±0.2Hz。电压标准允许限值：① 35kV及以上为正负偏差绝对值之和不超过10%； ② 10kV及以下三相供电为±7%； ③ 220V单相供电为+7%，-10%。谐波标准谐波电压限值(%)：注：衡量点为PCC，取实测95%概率值；对测量方法和测量仪器做出规定；对用户允许产生的谐波电流，提供计算方法；对同次谐波随机性合成提供算法。三相电压不平衡标准限值：①正常允许2%，短时不超过4%； ②每个用户一般不得超过1.3%。注：衡量点为PCC，取实测95%概率值或日累计超标不许超过72min，且每30min中超标不许超过5min。电压(kV)THD奇次偶次0.3854.02.06、1043.21.635、6632.41.211021.60.8
46. 注：工频过电压。谐振过电压和操作过电压。还对空载线路分闸过电压、断路器开断并联补偿装置及变压器等瞬态过电压限值作出了规定。电能质量：中国标准摘要(2)闪变标准 ● 电压闪变限值 Pst为短时间闪变值（10min）； Plt为长时间闪变值（2h） ● 电压变动限值：电压变动d的限值和变动频率r有关；对于随机不规则的变动，d=2%（LV，MV）和d=1.5%（HV）注：低压(LV)、UN≤1kV；中压(MV)，1kV＜UN≤35kV；高压(HV)，35kV＜UN≤220kV。过电压标准暂时过电压包括工频过电压和谐振过电压。瞬态过电压包括操作过电压和雷击过电压。 ● 系统工频过电压限值 ● 操作过电压限值、空载线路合闸过电压限值电压等级LVMVHVPSt1.00.9(1.0)0.8PLt0.80.7(0.8)0.6电压等级(kV)过电压限值(p.u.)Um>252（Ⅰ）1.3Um>252（Ⅱ）1.4110及2201.335～663～10电压等级(kV)过电压限值(p.u.)5002.0 *3302.2 *110～2203.0* 表示该过电压为相对地统计操作过电压。注：Um指工频峰值电压； Um>252kV(Ⅰ)和Um>252kV(Ⅱ)分别指断路器变电所侧和线路侧。
47. ● 内部培训讲座电参数计算与电气测试
48. 变频调速系统的测量例：交-交变频控制输入为恒定电压与恒定频率输出为可变电压与可变频率电机端电压与电流波形：严重的高频噪音电磁兼容问题 5、7次谐波电流有功功率与功率因数监测变频电源可变整流部分逆变部分调速电机（电网侧）：有功功率按需调节基波功率因数高 5次、7次谐波电流F190：变频器测量
49. 变频调速装置输出电压有效值的测量平均整流原理、真有效值计算有效值：RMS，平均值：Mean。（MEAN：传统的整流型平均值测量原理，有效值为平均值的1.11倍）两种测量原理所得结果的差别与意义 ★ 正弦波测量，有效值计算结果相同。 ★ 畸变波形测量，有效值结果不同。 ★ 仪器的测量带宽影响真有效值计算结果。真有效值可以准确反映电压与电流实际的热效应对于电机控制器，正弦波PWM类型的功率变换器：使用平均整流方法来计算有效值因为MEAN有效值更合适地反映了驱动电机的输出转矩（MEAN有效值更最接近基波有效值）例：实际值为144V的变频器输出电压,用不同的仪表测量：结果变化很大，从154V到1001V。原因：各仪表具有不同测量带宽，对输入信号的不同频段计算RMS值。变频调速装置输出电压：波形及频谱F199C测量结果：144VF41B测量结果：143VF41B测量结果：143V变频器设定：144VF190计算方法
50. 变频调速装置输出端的测量仪器可用于PWM电压有效值测量的仪器及计算原理 F87V：滤波法测量基波RMS F190：计算MEAN值 F43B：滤波法，以及FFT分析基波RMS值（基频范围） F434：滤波法，以及FFT分析基波RMS值（基频范围） N4000：计算MEAN值，以及FFT分析基波RMS值 N5000：计算MEAN值，以及FFT分析基波RMS值调速电机PWM电压的正确测量正弦PWM正弦PWM情形：“校正平均值”与基波电压有效值基本相同。新型变频电机非正弦PWM：矢量控制方式非正弦PWM情形：“校正平均值”不再与基波有效值相等，需要准确测量电压波形的基波分量。F87V对功率因数测量结果的影响：有功功率：视在功率：功率因数： ● 选择不正确的电压有效值测量方法将得到不正确的功率因数测量结果
51. 变频调速装置综合测试►概要► 应用测量变频器输入电压、电流、功率、功率因数、谐波。监测电源的电压骤降等电能质量现象。测量电机控制器内部信号。测量电机控制器输出电压、电流。（综合测量内容：电动机三相电压、电流、工作温度，有功功率、功率因数、额定功率、机械功率、负载率、电机效率）○ 节能效果检测（有功功率与电能测量）、功率因数测量、电磁兼容评估。 ○ 电动机与运行负载不匹配，常称为“大马拉小车”。负载周期性变化，而电动机却始终以一定转速出力。电动机的非经济运行直接的结果是造成了电能的大量浪费，给电网络带来了不必要的负担，增加了电能在传输过程中的损耗。节能控制器：使电动机工作在高功率因数、高效率的状态。 ○ 观测IGBT变频器等高压高速开关设备的波形时，要求测试仪器通道间绝缘，高带宽，耐压水平高。 ○ 电参数、能量转换效率精确分析。电网侧电压与电流波形电机端电压与电流波形
52. 功率因数、最大需量与电费供电局对工业用户的电费计算方法： 1、基本电费：由最大需量决定 (Peak demand) 2、电度电费：由实际用电量计算 (kWh) 3、功率因数调整电费：按平均功率因数增加或减少 (PF)负载曲线，最大需量负载工况 F43B、F434：真功率因数，PF 基波功率因数，DPF 最大需量记录功能最大需量：连续测量的15分钟或30分钟kW读数的最大值★ 真功率因数低，基波功率因数低。两者基本一致。感性负载。电容器无功补偿，提高功率因数。★ 真功率因数低，基波功率因数高。因谐波引起，治理谐波提高功率因数。负载工况例：物价局《功率因数调整电费方法》：对于0.9标准的用户，如实际功率因数为0.65，则月电费增加15%。如实际功率因数为0.95以上，月电费减少0.75%。Head = VARsBeer = WattsGlass = VA视在功率：S=UI，电气设备的功率设计极限值，或设备的最大可利用容量。由额定电流（与导线截面积和铜损发热相关）及额定电压（与电气绝缘相关）决定。功率因数：PF=P/S，反映了电力的利用率。基本电费 + 电度电费 + 功率因数调整电费
53. 两瓦特计法：三相三线制系统三相电路有功功率的测量 1、单表法，测量三相负载有功功率： P=3P1 可以用于三相四线制、对称负载 2、两表法，测量三相三线制有功功率 P=P1+P2 仪器测量线电压与线电流单个功率表的计算结果P1或P2没有任何物理意义即使在三相平衡系统中，P1与P2测量结果一般也不相同只有在纯阻型负载情况下，P1=P2 P1或P2其中之一有时为负值总功率P为两者的代数和。可以用于三相三线制、对称或不对称负载 3、三表法，测量三相四线制有功功率 P=P1+P2+P3 三相四线制负载一般为不对称负载。两表法：三相功率两表法：三相功率（U13、I2不参与功率计算）两表法：单个功率表P1、P2没有物理意义
54. 直流耦合与交流耦合● AC耦合测量输入信号中AC分量，不包含直流分量。例：当测量一个峰值为2V的正弦波信号的均方根值时，测量结果显示为幅值约1.4V的直流波形。 ● DC耦合（AC+DC）测量输入信号中AC与DC成分。例：当信号为一个2V峰值的正弦波叠加一个1V的直流信号，测量该信号的均方根值时，测量结果显示为幅值约1.7V的直流波形。F189： AC\DC测量结果● 输入耦合电路示意图:● 输入耦合和频率特性AC耦合：低频信号和低频成份不能采样到。N4000/5000：输入耦合方式的选择
55. 波峰因数：CFCF=1.43 CF=2.39 CF=4.68电流峰值与CF：仪器测量峰值电流的范围测量CF值的能力：3，6，10 F434：CF测量范围高达10。 F189：CF测量范围可达6。波形与CF测量实例：
56. 直流纹波测量F345： RPL：交流电压RMS值与直流分量的百分比。测量带宽：DC，10Hz至1kHz。► 概要► 应用高频开关电源、变电站直流电源设备、UPS等要求检测直流电压的纹波系数。充电机：新型蓄电池对充电机的直流纹波指标提出了更高的要求。交流纹波频率一般为50Hz、100Hz等，通常的DC分量测量仪表不能准确检测出纹波系数。F345给出直流纹波含量测量结果功能独特的F345 F192： Ripple Voltage 直流纹波电压测量。案例：新加坡某炼油厂，以6脉冲整流电路将交流电转换成直流，对电池充电供应UPS并给安全自动装置提供电源。要求：稳定的直流电压故障现象及原因：充电机的晶闸管损坏，输出电压纹波高达4V（峰-峰值）。解决方法：更换故障器件，纹波电压降至0.5V（峰-峰值）。故障：输出电压纹波高达4V纹波电压降至0.5V采用IGBT晶闸管的UPS：充电、电池及逆变
57. 变频驱动系统综合测试：EV行业应用►概要► 应用电动汽车（EV）行业以直流电源驱动交流电机工作，电能转换至机械能的过程，追求高效率控制。如：DC/AC转换效率95%以上，电能/机械能转换效率90%以上。能耗及工况检测要求精确的综合测试系统。N4000、N5000：　　高带宽： 10MHz，高精度：0.1% 　　具有3～6路测量输入，可同步记录最多4台电机的转矩（M）、转速（n）及机械功率（Pm）　　一台仪器完成EV驱动系统综合测试。　　所有输入通道均进行了电气隔离，以免在任何使用中发生短路。　　以太网、USB2.0接口，用户可以利用PowerView软件进行计算机数据通讯与处理。DC Input电动汽车驱动部分测试现场
58. 微小电机的测量► 概要► 应用N4000、N5000直接输入的最小电流量程为30mA，最小电压量程为300mV。带宽DC至10MHz，趋势记录功能内存标配为4M，可扩至128MB航天航空领域：高速微电机的工作电流曲线、有功功率曲线分析（陀螺寿命测试）。可同时完成多台微电机的质量检验。小功率家用电器领域：电能消耗检测。电流、有功功率监测曲线
59. ● 内部培训讲座手持式示波表通道隔离示波器、万用表与记录仪 F190 F123 F124 F125
60. 通道隔离：适合复杂的工业现场情况
61. 示波表的带宽、采样率与真实带宽数字示波表结构模拟带宽：前置放大器的带宽模拟低通滤波器抗混叠滤波器数字带宽： AD采样率数字低通滤波器有效数字带宽真实带宽：模拟带宽与有效带数字宽，取最小值 F199C F196C F199B F196B F192B F124 F123 模拟带宽 200M 100M 200M 100M 60M 40M 20M 最大A/D采样率 2.5G 1.0G 2.5G 1.0G 500M 25M 25M
62. 示波表：DMM功能高精度毫安型过程电流钳表F771 测量变送器的4-20mA输出信号，无需断开回路。 0.2%的高精度。 0.01mA的分辨率。F771F287/289电流测量
63. 由输入通道特性决定的模拟带宽例：50MHz的方波信号在各不同带宽示波器上的显示结果。◆ 20MHz示波器：波形测量错误。幅值也不正确。◆ 100MHz示波器：丢失了较多的高频分量。上升时间比原始波形要慢很多。◆ 150MHz示波器：显然丢失了高频分量。上升时间比原始波形要慢一些。◆ 500MHz示波器：波形再现最好。反映了更多的高频分量，信号的上升时间测量更准确。原因：方波信号中包含的频率成分至少是基波频率的10倍。示波器的带宽越高，波形再现越准确。模拟带宽：决定了输入信号的频率范围，即可以准确测量的最大频率分量。F180系列数字万用表： 100 kHz 带宽F199C示波表： 200 MHz 带宽
64. 由采样率决定的有效带宽选择采样率时，有几个矛盾的因素要考虑，这些因素包括：采样应尽可能快，以提高波形测量的精度采样应尽可能慢，以增大波形记录的时间采样应快到能完整捕获所分析频带内的所有信息采样应慢到输入信号不受噪声的影响因此，应该根据具体的应用情况选择合适的采样频率。此时设定的采样频率决定了此次测量的有效带宽。真实带宽：模拟带宽与有效带宽取最小值DSO的带宽数字示波器用两个指标来代表其最大测量带宽：模拟带宽与最大采样率。 DSO的模拟带宽，由输入通道的技术指标决定。DSO的最大有效带宽，由最大采样率决定。有效带宽可以表述为：采样率的选择F123：模拟带宽20MHz 最大采样率25MS/sF199C：模拟带宽200MHz 最大采样率2.5GS/s
65. A/D采样的混叠现象输入信号(红色)的频率f大于fs/2 测量结果：混叠信号（蓝色），频率为fs-f 对模拟信号进行A/D采样，将出现混叠现象。简单地说，混叠现象会产生错误的信号，而测量仪器如果对这些错误的信号进行处理，就会得到不正确的结果。原始输入信号实际上不存在的低频信号采样点解决方法选择合适的采样频率，fs ＞ 2 f max 加抗混滤波器，f c ＞ f max国标对谐波测试的抗混叠要求：f＞78×50Hz，幅值衰减至20%以下问题如何从抽样信号中恢复原连续信号？在什么条件下才可以无失真地完成这种恢复作用？“奈奎斯特采样定理”作出了明确而精辟的回答。 Nquist 1928年提出的。采样率低于输入信号的频率时，带来两个问题： ◆ 输入信号中的高频分量不能测量 ◆ 更严重的是，将会把高频信号计算成为低频分量 F1760的频率特性
66. 低通滤波器一阶低通滤波器的频率响应低通滤波器：截止频率低通滤波器截止频率位于-3dB处的意义例如：100MHz正弦波输入到一台带宽为100MHz的示波器中，示波器的测量结果：幅值将衰减-3dB，约为原始信号幅值的70%。100MHz100MHz1Vp-p700mVp-p图a 理想的抗混叠滤波器图b 实际的抗混叠滤波器理想的低通滤波器：理想的低通滤波器应该具有如右边图a所示性能，在截止频率内的信号可以无衰减通过，高于截止频率的信号不能通过。但实际上这样的滤波器做不出来。实际的滤波器实际的滤波器如图b所示。由于实际低通滤波器的性能，采样频率应该取在截止频率的2.5倍以上，才能消除低频混叠现象。例如：为了测量带宽为100kHz的信号，采样频率应该设为250kHz，而不是奈奎斯特采样定理所表明的200kHz。在这个例子中，截止频率fc设为100kHz，采样频率fs设为250kHz。以保证频宽从DC到100kHz都没有混叠现象。F190系列的采样率高达2.5GS/s!消除混叠现象
67. FFT与谐波分析● 专业术语（名词）傅立叶变换、频谱分析、谐波分析、DFT、FFT、时间域、频率域时域分析：波形的光标测量，各通道波形的算术运算频域分析：线性频谱、功率谱等傅立叶级数：1811年，法国数学家傅里叶（J.Fourier,1768-1830）在研究热传导理论时发表了“热的分析理论”著作，提出并证明了将周期函数展开为正弦级数的原理，奠定了傅里叶级数的理论基础。离散傅立叶变换，即DFT。快速付立叶变换：1965年，柯立杜开（Cooleg-Tukey）研究DFT算法后，发表了一个新的计算方法。柯立杜开巧妙的利用了复指数函数的周期性和对称性，充分利用中间运算结果，使计算工作量大大减少了。该法称为快速付立叶变换法，即FFT。● 频谱分析原理任何波形都可以由多个正弦波叠加而产生。时间域信号的波形实例该信号可以由两个不同频率的正弦波叠加而成。频谱分析谐波频谱分析谐波分析结果
68. 频谱分析原理● 时域与频域之间的关系右图形象地反映了时域与频域之间的关系图a)为时间、频率与幅值之间的三维关系。图b)为时域图。图c)为频域图，其中每条线代表了一个正弦波。● 频谱分析示意图
69. 频谱分析方法在60年代FFT出现之前，频谱分析的模拟实现方法如下所示。右图a为对同一输入信号采用一组并联的带通滤波器。带通滤波器组的输出幅值就得出了图b所示的频谱分析结果。频谱分析仪是滤波器的组合，频谱分析结果为一组具有不同中心频率的带通滤波器组的输出。带通滤波器的中心频率：f0 滤波器的带宽：f2-f1 带通滤波器的高低端截止频率：f1,f2
70. FFT分析的优点右图中，从时间域波形图上看起来就是一个正弦波，无法观察到其中包含的幅值较小的其他信号成分。但从频率域图可以明显分辨出其中的小信号成分来。● FFT相位分析结果的重要性● FFT分析的优点频谱分析或谐波分析结果中，不仅有幅值频谱，还有相位频谱。下图显示出，由三个正弦波合成的波形，如果移动其中一个高频正弦波的相位，则合成波形与原始波形的差异就非常大。● IEC谐波标准对A类测试仪器的谐波相位测量误差有相关精度要求。
71. 典型信号的频谱正弦波、方波、暂态过程、脉冲信号的频谱。
72. FFT的应用● 线性频谱应用实例：固有频率分析例：桥梁的自振频率测量等列车通过大桥时，桥梁墩台的振动波形及其功率谱与幅值谱分析结果例：空调机室内噪音的功率谱分析及简单噪声源的定位主要噪声源出现在110Hz处● 所有型号的190C彩色示波表都包括基于快速傅立叶变换（FFT）的频谱分析功能。这就使得用户识别信号中的个别频率成份成为可能。利用频谱分析功能，还可以揭示振动、信号干扰或串扰的影响。自动的窗口函数能确保最佳的加窗，当然，用户也可以手动选择更适合的时间窗。
73. FFT分析时间与窗函数(1)● FFT为什么要加窗函数？泄漏：对有限点数的波形数据作FFT分析与对原始信号的分析结果存在差异。对波形的截断产生了泄漏问题。使用窗函数可以减少泄漏。● 时间窗的影响 FFT计算基于周期信号，即假定信号一直是重复性的。对于暂态信号没有问题。但是，如果信号是连续信号，例如正弦波的情况，FFT分析时数据块的选取就有问题了。如下图所示，实际信号是连续正弦波，如果精确地选定FFT数据块的起点和终点，该取出的数据块能匹配原始波形，分析结果准确。
74. FFT分析时间与窗函数(2) 通常情况下，对于周期性的原始波形，取出的数据块很难保证其原始的周期性。如下图C所示，FFT分析结果将认为此波形不是正弦波，而是严重畸变、包含很多频率成分的波形。实际原始波形（图a）的频谱结果应该是一条单线，但从图b的数据块计算得出的FFT频谱将完全不同。例：实际的测量结果。图a的波形数据块选择保证了信号的周期性，其分析结果（图b）是正确的。图c的FFT分析结果为图d所示，功率扩散到整个频谱段，泄漏非常严重。
75. FFT分析时间与窗函数(3)● 加窗函数后的结果使数据块的起点与终点数值接近于零，保证数据块对于原始波形的周期性。实测结果表明，窗函数有效地减少了泄漏现象。
76. FFT分析时间与窗函数(4)● 如何选择窗函数？对于连续信号，汉宁窗有很好的分析结果。然而，对于暂态信号的FFT分析，不能使用汉宁窗或平顶窗。如下图所示，汉宁窗反而丢失了暂态现象的一些特征。分析暂态过程应该使用矩形窗。矩形窗相当于FFT数据块的选取过程加了幅值为1。下图a为暂态过程不加窗时的正确结果，显然，暂态现象中能量应该分布在很宽的频域上。下图b为暂态过程使用汉宁窗的情况，结果看起来更像是一个正弦波的频谱，这显然是错误的。
77. FFT分析时间与窗函数(5)◎ 矩形窗：适合于暂态信号的分析，例如脉冲波形，其幅值在时间窗内已完全衰减。从右图可以看出：矩形窗对连续信号不合适。其功率谱旁瓣较多，泄漏较大。 ◎ 汉宁窗：适合于连续信号的分析，因为汉宁窗函数可以使信号在窗函数的起始点、终止点逐步衰减至0。汉宁窗的频率分析精度较高，但幅值精度较低。从下图可以看出，对于连续信号的分析，汉宁窗的功率谱主瓣较窄，即频率分辨力很强，中心频率可以准确定位。 ◎ 平顶窗：适合于连续信号的分析，因为平顶窗函数也可以使信号在窗函数的起点、终点逐步衰减至0。平顶窗的频率分析精度较低，但幅值精度较高。从下图可以看出，平顶窗的功率谱主瓣较宽，频率分辨力较差一些。正弦波时间窗积分功率谱与汉宁窗相比，平顶窗降低了频率分析精度。应用总结：窗函数的选取原则 — 使泄漏效应最小。通常做法 — 暂态波形、冲击波形，选择矩形窗，连续函数波形，选择汉宁窗或平顶窗。
78. IEC谐波标准对窗函数、同步采样的要求窗函数减少了泄漏现象，但并不能完全消除泄漏。图a为整周期数据点的频谱。不加权，无泄漏。图b为非周期数据点加窗函数的频谱。有泄漏。● IEC标准要求：窗函数为矩形窗。（即FFT数据块不加权）谐波分析仪器为基波同步采样（PLL等），10周期数据点的时间窗误差小于0.03%。例：时间窗误差对谐波分析的影响例：N4000同步功能的设置时间窗长度（整周期，从20ms至3600s）同步信号源的选择同步信号滤波器（低通截止频率：100Hz,1kHz,10kHz）
79. 对数刻度（dB）的意义与用途问题：假设需要测量的畸变分量为0.1%，在一个10cm高的显示屏上，如果设置基频分量（100%）为刻度全长，则谐波分量仅为0.1mm。显然，这个分量在屏幕上几乎看不到了。为了易于同时观察所有的频率分量，唯一的做法是改变幅值刻度。对数幅值刻度可以压缩大的信号幅值，扩展小信号幅值。解决方法： Alexander Graham Bell发现了人的耳朵对声音功率大小差别的对数反应。他发明了单位“贝”，用以测量人的听觉能力。如今，“分贝”，即“贝”的十分之一，已经成为了频域分析中最常用的单位。下表所示为分贝值与功率、电压值之间的关系。使用dB刻度，在小信号状况下，对数幅值谱可以测量更精确。如下图所示，基波电压成分100%即0dB，谐波电压成分0.1%即-60dB，在一个80dB的显示图上，畸变成分表现在刻度的1/4处。而在线性刻度上，畸变成分表现在刻度的1/1000处。例：右图为一个标准音源信号（1kHz）的谐波分析结果，采用平顶窗。图a为对数幅值刻度，图b采用线性幅值刻度。显然，在图b中看到的是一个标准的1kHz的正弦波信号，但图a显示，信号中还包含有一些2kHz的成分。
80. ● 内部培训讲座DMM：基本概念与产品特点F280 F80 F170 F110 F1508
81. 问题：精准、安全的内涵● 读数、显示位数 ● 有效值：峰值、整流平均值、真有效值 ● 准确度：DC精度、AC精度 ● 量程 ● 峰值因数：电流 ● 带宽 ● 测量仪表的安全等级万用表基本指标：显示位数、量程、测量原理、精度、带宽，安全等级、功能
82. F289：新的特点带有 TrendCapture 功能的真有效值工业用记录万用表 ●记录存储器：10000 个读数（F189 为1000个）用于在现场检测设计性能或进行无人看管的监视。用户无需 PC 即可查看记录的读数。 ● 3.5 英寸 1/4 VGA 点阵式显示屏多信息显示趋势图察看 ● 用于在可调速电机驱动器和其他电气干扰严重的设备上进行精确电压和频率测量的低通滤波器。结合了F189与F87V两者的优点。TrendCapture 显示交流电压记录曲线F190C：RMS值记录功能
83. 万用表的显示位数型号F15B/17BF111F112F175F177F179F87VF187F189读数400060006000600060006000200005000050000最大显示读数399959995999599959995999199994999949999位数33/4位35/6位35/6位35/6位35/6位35/6位4位半44/5位44/5位万用表显示计数、显示位数： F87V：四位半的万用表，可显示的字数达20000个，满量程显示读数为19999。计数显示：万用表的显示位数范围。位数显示：传统叫法，能显示从0－9中所有数字的位数称整位数，其他统称半位。 F189，满量程显示读数为49999，即四位半的万用表。 F189：交流电压显示屏显示位数影响测量结果的分辨力例：F170显示位数的优势 DMM测量电网电压时，普通31/2位数字万用表的最高位是0或1，对于220V或380V电压测量，只能用三位显示，分辨率为1V。用35/6位的数字万用表来测量电网电压，最高位可以显示0～5，利用四位显示，分辨率为0.1V。此时的测量分辨力与41/2位的F87V相同。
84. 如何理解数字式测量仪表的精度？准确度：基本精度：基本直流精度、基本交流精度详细的精度规格：交流测量精度与信号频率有关。频率增高，精度将降低。准确度指标描述方法： “读数误差 + 量程误差” 读数精度：表示为“测量读数的百分比”。例如，电压测量精度为读数的±1%，含义为：对于100.0V的电压测量显示读数，其电压真实值在99.0V至101.0V之间。数字式测量仪表的技术规格中，除读数精度指标外，一般还加一个数字误差范围(digits)。该数字表明了在测量显示读数的最后一位上可能存在的最大误差范围。例如，精度表述为±(1%+2digits)，对于100.0V的测量显示读数，其电压真实值将在98.8V至101.2V之间。分辨力 F189：量程为50.000mV时，分辨力为0.001mV。分辨力是表示仪表对微弱信号作出反应的指标，由显示位数决定。与测量准确度无关。国家标准GB776－76规定，电工仪表的准确度等级分为七级：F189：AC耦合方式下交流电压的测量精度N5000：电压输入模块的测量精度：读数精度 + 量程精度
85. 测量仪表的带宽DMM主要用来测量交流信号。所有DMM都有其能够测量的带宽指标。例：实际设定值为144V的变频器输出电压,用不同的万用表测：结果变化很大，从154V到1001V。原因：各仪表具有不同的测量原理。另外，各“真有效值”仪表具有不同的测量带宽，仪表只对输入信号的相应频段信号计算RMS值。问题：哪个测量结果是准确的？有两种测量结果是正确的：基波有效值、全频带PWM波形的真有效值。具体说明： ▲变频器的设定值指基波有效值。该值与全频带PWM波形的真有效值完全不同。 ▲变频器工作的基波频率范围通常从0至100Hz。上例中，电机工作频率为31Hz。必须注意仪表的基波测量带宽。 ▲F180的测量带宽达100kHz。一般变频器的开关频率大概20kHz，F180可以准确测量该输出电压真有效值。 ▲F110测量500Hz内的真有效值，可以测量PWM基波有效值。 ▲F170测量1kHz内的真有效值，可以测量PWM基波有效值。 ▲F336\F337的电压测量带宽为20Hz～400Hz，可以测量转速20Hz以上PWM基波有效值。 ▲通用变频器为正弦调制，MEAN原理测量的有效值可以代表基波有效值。 ▲F87V的测量结果最准确，适合于正弦调制或非正弦调制（如矢量控制变频器）。F280系列数字万用表： 100 kHz 带宽
86. 电气测量的安全性UL认证，CSA，TUV，VDE认证代表什么? “按EN 61010-1 (IEC 1010-1)等标准设计。获得UL、CSA、TÜV等权威机构的认证。” IEC仅仅是制定并建议它的标准，但并不强制执行。只有当一个产品经测试完全满足某个独立验证机构的标准时，才能把诸如UL，CSA，TUV等验证机构的标志标于仪器上。IEC 1010-1第二版：对测量仪器的安全规定了两个基本参数：额定电压与测量种类级别。电压等级：仪器能够进行测量的最大连续工作电压。(600V、1000V) 测量种类级别：测量环境和地点分类。 CAT IV 三相公用供电设备、室外供电线路或设备 CAT III 室内三相配电系统及负载 CAT II 单相插座及所连接的用电设备 CAT I 电子仪器设备符合加拿大标准(Canadian Standards Association)协会相关规定。经TÜV Product Services检查与认可(Technischer Überwachungs Verein).德国莱茵TÜV集团,独立的测试、产品安全与品质及管理体系权威机构。符合欧洲联盟规定。 CE标记不是质量标记，而是产品指示符合欧盟关于安全、健康、环保和保护消费者的的规定，所有在欧盟销售的产品都必须有CE标记。美国保险商实验室认证, 是美国实施安全认证的资深检验机构。UL是一个独立的，非盈利性的产品安全测试和认证组织，此标记是其注册认证标记。符合澳大利亚相关标准符合德国电气工程师协会(VDE)标准。韩国信息通讯部的认证标记，基于IEC标准。中国3C认证标记，与IEC安全标准相似，EMC测试为强制性要求。日本信息产品干扰控制委员会标记600V Cat IV：仪表可安全地应用于电源引入线处对于CAT III 1000V仪器，要求通过10次正向8kV脉冲和10次负向8kV脉冲试验。
87. F180：电阻测量DMM被测电阻F189：电阻测试，典型的电压与电流值F189：电阻测量精度工作原理：欧姆定律被测电阻Rx等于施加的直流电压V除以通过的电流I, 即R=V/I 。目的：精确测量电阻值。测量要点：低压，干电池分压：5V 电流微小：uA级电阻测量精度：0.05% F180产品特点：高达500M欧姆
88. 绝缘电阻测试绝缘电阻测试仪：工作原理(欧姆定律) 兆欧表提供给被测设备一个高压直流电压，同时测量泄漏电流（通过一个已知的分流器电阻），据此计算出绝缘电阻。绝缘电阻：用绝缘材料隔开的两部分导体之间的电阻。为了保证电气设备运行的安全，应对其不同极性（不同相）的导电体之间，或导电体与外壳之间的绝缘电阻提出一个最低要求。例如，家用电器规定：基本绝缘为2M；加强绝缘为7M。为什么测绝缘时，不仅要测单纯的阻值，还要测吸收比、极化指数？在绝缘测试中，某一个时刻的绝缘电阻值并不能全面反映试品绝缘性能的优劣，这是由于绝缘材料在加上高压后均存在对电荷的吸收比过程和极化过程。所以，电力系统要求在主变压器、电缆、电机等许多场合的绝缘测试中应测量吸收比（即R60s和R15s的比值）和极化指数（即R10min和R1min比值），并以此数据来判定绝缘状况的优劣。为什么几节电池供电的兆欧表能产生较高的直流高压? 这是根据直流变换原理，经过升压电路处理使较低的供电电压提升到较高的输出直流电压，产生的电压值虽然较高但输出功率很小。（如电警棍几节电池能产生几万伏的高压）。绝缘电阻测试与耐压试验有什么区别？作耐压试验前，先测绝缘电阻。如果电气设备的绝缘电阻低于某一限值时进行耐压测试，将会产生较大的试验电流，造成热击穿并损坏电气设备的绝缘。耐压试验测试绝缘强度，即高压绝缘击穿测试。这种测试结果只有通过与不通过，击穿就确定为不通过。测试电压F1508：绝缘电阻测试精度目的：大概计算电阻值，估计绝缘状况。测量要点：直流高压：1000V 连续多次测量绝缘电阻计算吸收比和极化指数。 F1508产品特点：测试电压从50V至1000V
89. 谢谢！Thanks !

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