變頻調速技術是現代電力傳動技伺服馬達術的重要發展方向。變頻器作爲調速系統的核心,其性能成爲決定調速系統性能優劣的重要因素。對變頻器的輸出波形測試及諧波分析,是調速系統研發、試驗中不可缺少的環節。

  變頻器的輸入輸出都不是標准的正弦波,特別是輸出PWM波中含有大量的高次諧波,采用一般的功率分析儀及諧波分析方法存在較大的誤差。

  一、采樣頻率不夠造成變頻器諧波分析誤差

  對變頻器輸出波形進行分析時首先要對信號進行采樣,根據采樣定理,采樣頻率fs必須大于信號最高頻率fm的兩倍(fs≥2fm)才能得到信號全部的頻 譜。當fs<2fm時,頻率最高只能得到fs/2,信號中頻率高于fs/2的部分會被重建成低于fs/2的混疊信號,造成頻譜混疊,産生嚴重的誤 差。

  二、測量儀器實際帶寬不夠造成變頻器諧波分析誤差

  爲了避免混疊現象,一般的功率分析儀通常的做法是加入抗混疊濾波器來限制信號帶寬,將變頻器輸出PWM波中高于fs/2的信號過濾掉安川變頻器。抗混疊濾波器的帶寬就是分析儀實際帶寬。這種將諧波先濾除,再進行諧波分析的做法,分析結果誤差非常大,甚至可以說分析結果是錯誤的。

  三、分析算法造成變頻器諧波分析誤差

  目前,絕大部分分析儀都是采用FFT算法進行諧波分析。采用FFT諧波分析,首先將信號截取一段數據序列,再對信號進行采樣,最後作FFT變換 將信號進行頻域離散化。由于FFT的特性,要求截取的數據序列可程式控制器必 須包含整數個信號周期,並且數據序列中采樣的點數必須是2的N次冪。實際上, 進行FFT變換采用的信號周期爲上一個檢測到的信號周期,由于變頻器輸出的信號周期並非是完全穩定不變的,所以勢必會造成誤差。從FFT的要求可以看 出,FFT算法的局限性是很明顯的:如果從信號中截取的數據序列並不是整數個信號周期,會造成頻譜泄漏現象,安川伺服馬達産生嚴重誤差。

  利用FFT諧波分析時,頻譜泄漏影響了諧波分析的測量精度,而導致頻譜泄漏的最根本原因是采樣中周期同步的誤差。應對頻譜泄漏現象,一般分析儀的做法 是采用加窗函數(如漢甯窗、布萊克曼窗等)處理,這種做法只是一定程度的抑制頻譜泄漏,並且可以說是又帶入了新的誤差。
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