IEC61000 進行諧波和電壓波動/閃變測量
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的馬達或開關電源等設備時，設備會產生 50Hz/60Hz 訊號整數倍的頻率分量，導致商用電源失真。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辦公室自動化 (OA) 設備上，將會導致設備過熱、故障等各種不良影響。 冰箱壓縮機啟動時，流經冰箱的電流會瞬間增加，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，造成不適感。 為了抑制此類諧波和電壓波動/閃爍，制定了有關諧波和電壓波動/閃爍的規定。 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，工程師必須掌握專業知識和最新信息，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）。 IEC61000-3-2、3-3、3-11和 3-12 等標準類型，每種標準都有不同的測量程序和標準值。因此，即使對於熟悉標準的人來說，該程序也非常複雜和麻煩。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。根據 EUT 選擇類別相對容易，並且可以透過根據測量數據計算諧波測量數據來確定 EUT 的諧波電流是否在限值範圍內。但是，如果不熟悉 IEC 標準，則很難根據 IEC61000-3-2 計算出正確的值並判斷測試是否通過。
測量過程中，電源處於開啟狀態，這是測量程序的一部分。為了安全起見，在更換測量目標或完成測試時，應關閉電源。即便如此，如果操作不當，電源可能會在測量過程中關閉。在這種情況下，必須重新開始測試。電源開啟/關閉的時間很重要。此外，如果在測量後選擇了錯誤的等級進行判斷，則需要重新測試，這會耗費更多的時間和精力。 由於測試中需要正確執行各種條件設定和操作程序，因此很容易發生人為錯誤。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完成從條件設定到最終測試報告建立的操作。
3.IS8000解決方案
*以IEC61000-3-2標準為例描述解決方案。
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/閃變測量符合以下標準* 。 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, 209 61000-3-12: Ed1.0 (2004), Ed2.0 (2011) EN 61000-3-12: 2005, 2011 IEC 61000-4-7: Ed1.0 (1991), Ed2.0 (2000-4-7: Ed1.0 (1991), Ed2.0 (2002), Ed2010 1993, 2002, 2009電壓波動/閃變標準IEC 61000-3-3：Ed2.0 (2008)、Ed3.0 (2013) IEC 61000-3-3：Ed3.0 A1(2017) EN 61000-3-3：Ed3.0 A1(2017) EN 61000-3-320-3-2000-30001 61000-3-11：Ed 1.0 (2000) EN 61000-3-11: 2000 IEC 61000-4-15: Ed1.1 (2003)、Ed2.0 (2010) EN 61000-4-15: 截至 2011
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”（用於讀取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）以及“簡單測試測量”（用於測試先前已測試過的設備的升級型號）。使用者可以輕鬆完成整個過程，直到最終輸出報告（資料保存）。例如，在「新測量」中，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，最後儲存資料。
由於測試資料分析工作是資料確認工作，因此如果總體判斷為 PASS，則無需進行分析。此外，「簡單測試測量」只需載入先前測試過的 EUT 常規型號的合規性測試數據，即可自動判斷是否符合應用簡單測試的條件。如果條件不滿足，則會顯示一則訊息並且無法套用簡單測試，以防止測試錯誤。
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 或 D 等級，然後根據指定等級的判斷標準自動判斷合格或不合格。除了測量值列表外，還提供測量值判斷圖。各諧波次數的限值和判斷結果以顏色編碼顯示在圖表中。此外，該軟體還具有便利的功能，可讓使用者載入已儲存的資料文件，更改等級，然後重新進行判斷。高精度功率測量（高精度功率分析儀）在確定C 等級照明設備的功耗是否超過 25 W 或 D 等級冰箱的功耗是否超過 600 W 的測試中尤其有用。
WT5000 能夠以全球領先的精度測量有功功率。它還能測量需要在 C 級測試中驗證的功率因數。由於電路功率因數是透過將有功功率除以視在功率計算得出的，因此使用 WT5000 可以計算出更精確的功率因數*。
*使用者也可以指定一個值並進行合規性測試。
圖3. 使用高精度功率分析儀的功率值的測試結果範例
4.4 透過電源*控制（標準配置）輕鬆進行測試
在 IEC 標準測試中，向 EUT 提供電源進行測試，因此電源的開/關與軟體之間的關聯對於安全的測試程序至關重要。透過 GP-IB 通訊*，IS8010 IEC 諧波/閃爍測量軟體可以在 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 系列的同時安全地執行測試。
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，用於 ES 系列）或 ES4153（單相/三相，用於 ES 系列）進行測試。它們也可以透過 IS8000 進行控制。
*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. 供給來源和 RIN 的設定畫面
4.5 通過/未通過判斷和測量結果數據的詳細分析
通過/未通過判斷在 IEC 標準測試中非常重要。不僅透過判斷報告或測試條件，而且取得的測試資料都可以儲存為文件。如果用戶日後查看報告詳情，發現諧波數據中存在接近限值的值，則可以在軟體中讀取測試數據，查看諧波數據的生成時間和時間。由於功耗波動或測試環境差異，如果測試數據略低於標準限值，則可能會在再次測試或由外部認證機構進行測試時失敗。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的裕度。例如，當限值為 1A 時，將裕度設為 10%，並使用 0.9 A 的限值進行判斷*。
此外，還可以根據 JIS 或 IEC 標準對調用的資料進行判斷。使用者也可以指定*JIS和IEC的版本。所有測試資料均可儲存為CSV文件，可在EXCEL中使用。
*如果與IEC61000-4-7標準相關的測量方法存在差異，則某些規格可能不會更改。
*合規性測試需要在裕度設定為0.00%的情況下進行。
4.6 諧波電流的時間序列趨勢顯示
諧波分量限值是針對每個諧波次數指定的。諧波分量在測量週期內可能會增加或減少。即使是已通過測試的EUT，其諧波分量也可能在某個運行時刻非常接近限值，或在某些次數下不穩定，而在其他次數下穩定。時間序列趨勢顯示是一項非常有用的功能，它按時間序列顯示這些次數數據，使用戶能夠確認設備運行和諧波數據之間的相關性。由於軟體可以顯示電壓、功率、功率因數和電流的諧波分量趨勢，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（三次諧波的波動）
表1. 每200毫秒的諧波測量數據（CSV數據）
表2. 各訂單的限值及測量結果（CSV數據）
4.7 報告輸出功能*
IEC 諧波或閃爍測量測試結果可輸出為報告。最高 40 次電流分量的限值和測量值可以數字列表和長條圖形式同時顯示。使用者可在報告中新增標題和註釋，並將語言設定為日文或英文。報告輸出可儲存為 PDF 格式，方便在電腦中整理和儲存。
*IS8010 訂閱許可證和永久許可證標配報告輸出功能。
