根據IEC61000進行諧波和電壓波動/閃爍測量

IS8000 整合軟體平台

1. 簡介
50/60Hz 商用電源波形是正弦波，但當連接逆變器驅動馬達或開關電源等設備時，會產生 50Hz/60H 訊號整數倍的頻率成分來自設備，扭曲商用電源。如果包含此諧波分量的失真訊號透過電源線施加到家用電器或OA設備上，則會發生各種不利影響，例如設備過熱和故障。 冰箱壓縮機工作時，流經冰箱的電流瞬間增加，導致電源電壓下降。這種負載波動會導致照明設備（白熾燈泡）閃爍，對人類造成不適。 為了抑制這種諧波和電壓波動/閃變，有關於諧波和電壓波動/閃變的規定。 諧波/閃爍標準測試規定了詳細的測量方法、電源電壓設定等。標準的內容會定期審查和修訂，工程師必須掌握最新的專業知識和最新資訊以進行最新的合規性測試。

2. 挑戰
諧波電流和電壓波動/閃爍測量需要能夠根據 IEC 標準高精度測量電流/電壓的電流測量儀器（功率測量儀器）。標準的類型為IEC61000-3-2、3-3、3-11和3-12，每種標準都有不同的測量程序和標準值。因此，即使對於熟悉該標準的人來說，該過程也是非常複雜和麻煩的。例如，諧波電流測量標準 IEC61000-3-2 中定義的限值適用於各種設備，並分為 A、B、C 和 D 類。數據計算諧波測量數據，可以確定EUT的諧波電流是否在限制範圍內。然而，如果不深入了解IEC標準，則很難根據IEC61000-3-2計算出正確的值並判斷通過或失敗。
作為測量過程，電源在測量過程中打開，為了安全起見，在改變測量目標或測試完成時應關閉電源。即使如此，如果不正確地遵循該步驟，測量期間電源可能會關閉。在這種情況下，必須重新開始測試。電源開/關的時間很重要。另外，如果測量後選擇了錯誤的類別進行判斷，則需要重新測試，這會耗費更多的時間和精力。
由於測試時需要正確執行各種條件設定和操作程序，因此很可能會出現人為錯誤。因此，需要一種標準測試軟體，使用戶無需任何專業知識即可輕鬆執行從條件設定到最終測試報告建立的操作。

3.IS8000解決方案

*使用 IEC61000-3-2 標準的範例描述解決方案。

4. IS8010 解決方案（詳細說明）
4.1 支援的IEC 標準
諧波測量和電壓波動/閃爍　測量符合以下標準*。

諧波標準
IEC 61000-3-2：Ed3.0 (2005)、Ed3.0 A2 (2009)、
IEC 61000-3-2：Ed4.0 (2014)、Ed5.0 (2018)
EN61000-3-2 ： 2006、2009、2014
IEC 61000-3-12：Ed1.0 (2004)、Ed2.0 (2011)
EN 61000-3-12：2005、2011 IEC 61000-4-7：12：2005、2011
IEC 61000-4-7：1.0 Ed2 .0 (2002)、Ed2.0 A1 (2008)
EN 61000-4-7: 1993、2002、2009

電壓波動/閃爍標準
IEC 61000-3-3: Ed2.0 (2008)、Ed3.0 (2013 )
IEC 61000-3-3：Ed3.0 A1(2017)
EN 61000-3-3：2008、2013、2019
IEC 61000-3-11：Ed 1.0 (2000)
EN 61000-3-11： Ed 1.0 (2000)
EN 61000-111：600EC 4 -15：Ed1.1 (2003)、Ed2.0 (2010)
EN 61000-4-15：2003、2011
  *截至 2021 年 1 月

圖1. IEC標準評估選單

4.2 預設測試選單
提供五種預設測試選單。使用者可以選擇“新測量”用於第一次執行測試，“保存數據分析”用於分析/重新分析測量數據，“保存數據列印”用於讀出數據並將其輸出到報告，“重複”測量”用於重複測試以檢查測試數據的重複性，或“簡單測試測量”用於測試先前測試過的設備的升級型號。使用者可以按照以下步驟輕鬆完成直至最終報告輸出（資料保存）的過程。例如，在新測量的情況下，首先在WT5000和PC之間建立通訊連接，然後進行設定、測量、分析和報告列印，最後以資料保存結束。
由於測試資料分析工作是資料確認工作，如果總體判斷為PASS，則無需進行分析。此外，簡單測試測量僅透過載入先前測試的EUT常規模型的一致性測試資料來自動確定是否符合應用簡單測試的條件。如果不符合條件，則會顯示一則訊息，且無法套用簡單測試，防止測試錯誤。

圖 2. 標準測試測量選單螢幕

4.3 功率測量
根據測試目標指定A、B、C、D 類，然後根據指定類的判斷標準自動判定通過或失敗。除了測量值列表之外，還提供測量值判斷圖。每個諧波次數的限制和判斷結果在圖表中以顏色編碼顯示。此外，該軟體還具有方便的功能，允許用戶加載保存的資料文件，更改類別，然後再次進行判斷。高精度功率測量（高精度功率分析儀）在確定C級照明設備的功耗是否超過25W或D級冰箱的功耗是否超過600W的測試中特別有用。

WT5000 可以以世界一流的精度測量有功功率。它也能夠測量功率因數，需要在C類中檢查。
*使用者也可以指定一個值並執行合規性測試。

圖 3. 使用高精度功率分析儀功率值的測試結果範例

4.4 透過電源*控制輕鬆測試（標配）
在 IEC 標準測試中，向 EUT 供電進行測試，因此電源的開/關與軟體之間的連動對於安全測試過程非常重要。透過 GP-IB 通訊*，IS8010 IEC 諧波/閃爍測量軟體可以安全地執行測試，同時從 EMC 測試室外遠端控制 WT5000精密功率分析儀
和 NF CORPORATION 電源 ES 系列或 DP 系列。 電壓波動/閃爍測量需要使用電源和 RIN（參考阻抗網路）ES4152（單相，適用於 ES 系列或 ES4153（單相/三相，適用於 ES 系列）進行測試。它們也可以從IS8000。

*NF CORPORATION 電源：可程式交流電源 ES 系列、可程式交流電源 DP 系列
*僅操作 WT5000 時，可使用乙太網路通訊和 USB 通訊。

圖 4. 電源供應器和 RIN 的設定畫面

4.5 通過/失敗判斷和測量結果資料的詳細分析
通過/失敗判斷在IEC標準測試中非常重要。不僅可以將透過判斷報告或測試條件儲存為文件，還可以將獲取的測試資料儲存為文件。如果使用者稍後檢查報告的詳細資訊並發現諧波資料接近極限值，則使用者可以在軟體上讀出測試資料並查看諧波資料的生成時間和時間。人們擔心，測試數據勉強低於標準限值的已通過的EUT在再次測試或由外部認證機構測試時，可能會因功耗波動或測試環境的差異而失敗。為此，IS8010 IEC 諧波/閃爍測量軟體允許使用者在標準限值固定的情況下以百分比形式指定限值裕度。例如，當限制為1A時，透過將裕度程度設定為10%，使用0.9A的限制來進行判斷*。
此外，所呼叫的資料可以根據JIS或IEC標準進行判斷。使用者也可以指定* JIS 和 IEC 的版本。所有測試數據可儲存為CSV數據，可在EXCEL中使用。

*如果與 IEC61000-4-7 標準相關的測量方法有差異，則某些規格可能不會變更。
*合規性測試需要在裕度度設定為0.00%的情況下進行。

 

4.6 諧波電流時間序列趨勢顯示
每個諧波次數規定了諧波分量限值。諧波分量在測量週期內可能會增加或減少。即使通過的 EUT 的諧波分量也可能在某個操作時序變得非常接近極限，或者可能在某些階次變得不穩定而在其他階次變得穩定。時間序列趨勢顯示是一個非常有用的功能，它可以按時間序列顯示這些階次數據，使用戶可以確認設備運行與諧波數據之間的相關性。由於軟體可以顯示電壓、功率、功率因數以及電流的諧波分量的趨勢，因此可以詳細確認電流與電壓之間的相關性或功率與功率因數之間的相關性。

圖 5. 趨勢圖分析（三次諧波波動）

表 1. 每 200 ms 的諧波測量資料（CSV 資料）

表 2. 各階的限值與測量結果（CSV 數據）

4.7 報告輸出功能*
IEC諧波或閃爍測量測試的結果可以作為報告輸出。目前成分的限值和測量值（最多 40 次）可以以數字列表和長條圖形式一起顯示。使用者可以為報告添加標題和註釋，並將語言設定為日語或英語。報告輸出可以 PDF 格式保存，以便在 PC 中組織和儲存。
*IS8010訂閱許可證和永久許可證標配報告輸出功能。

圖6. IEC61000-3-2標準測試報告