СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 3/2016

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 82 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2016 лен, то мощность будет передаваться только основной частотой. Все высшие гармоники сигнала тока будут непро- дуктивными. Одной из целей проектирования систем питания является достижение максимального коэффициента мощ- ности, который описывается урав- нением: Однако гармоники, не передающие мощность, препятствуют достижению этой цели. Они не дают вклада в P avg , но увеличивают составляющую V rms I rms . Дополнительное напряжение и/или ток гармоники не используются, но система питания всё-таки вынужде- на передавать ток и напряжение этих гармоник и нести соответствующие потери. Поэтому, чтобы максимально эффективно передавать мощность, нужно минимизировать уровень выс- ших гармоник. П РОСТЫЕ СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ ГАРМОНИК Первым важнымшагом перед выпол- нением гармонического анализа явля- ется измерение КНИ (THD), особенно, если цель заключается в диагностике проблем качества питания. Это можно сделать цифровым мультиметром, спо- собным измерять истинную среднеква- дратичную мощность и обладающим достаточной полосой пропускания и частотой дискретизации для изме- рения высших гармонических состав- ляющих. Если уровень THD достаточ- но низок (менее 3–5% по амплитуде), то можно считать, что никаких про- блем с гармониками нет. Но если THD слишком высок, или вы хотите изме- рить энергоэффективность устрой- ства, то одного измерения THD недо- статочно. Нужно определить уровни всех гармоник. Также может понадобиться выполне- ние нескольких циклов измерений для оценки энергоэффективности устрой- ства в разных режимах работы и с раз- ными нагрузками. Если воспользовать- ся для этого приборами общего назна- чения (цифровыми мультиметрами, анализаторами спектра или осцилло- графами), то сбор данных и последую- щая их обработка для гармонического анализа может занять очень много вре- мени. Кроме того, сравнение уровней гармоник с опубликованными стандар- тами может оказаться очень трудоём- кой процедурой. Современные анализаторы мощно- сти упрощают и ускоряют этот процесс за счёт функций, специально предна- значенных для гармонического анали- за. Сбор данных, обработка в частотной области и гармонический анализ явля- ются встроенными функциями при- бора. Обычно анализаторы мощно- сти обладают высокой частотой дис- кретизации и графическим дисплеем, который позволяет исследовать фор- му сигнала, как на осциллографе. Такая визуализация действительно бесцен- на, поскольку сразу можно увидеть, что вы измеряете именно то, что вам надо, и что неверное подключение не оказывает негативного эффекта на про- цесс тестирования. Анализатор мощности может предо- ставить и другую полезную информа- цию, такую как измерение THD, часто- ты, амплитуды, фазы напряжения, тока и мощности, причём одновременно. После проверки схемы измерения вы просто запускаете гармонический ана- лиз, и анализатор мощности отобра- жает уровень гармоник в табличной форме и/или в виде линейчатой диа- граммы. Кроме того, многие анализаторы мощности имеют встроенную функ- цию отбраковки по предельным зна- чениям, основанную на действующих стандартах. Это позволяет быстро и с удобством получать сведения о соот- ветствии уровня гармоник установлен- ным пределам. Применение анализатора мощно- сти для решения описанных выше про- блем – минимизации высших гармо- ник для достижения максимальной энергоэффективности – позволя- ет быстро исследовать состав гармо- ник. Например, если взять устройство, создающее гармоники, как показано на рисунке 4, то можно увидеть, что сигнал тока, как и ожидалось, содер- жит в основном нечётные гармоники. Однако 15-я гармоника нехарактерно высока и выходит за пределы требова- ний IEC 610000-3-2. Если ваше устрой- ство должно соответствовать требова- ниям этого стандарта, то данную про- блему надо решать. Гармонический анализ может дать полезную информацию для решения проблем качества сигналов в систе- мах питания, использующих импульс- ные преобразователи. Применение современного анализатора мощно- сти позволяет просто и понятно моде- лировать сложное взаимодействие сигналов тока и напряжения. Гармо- нический анализ поможет создать устройство с минимальным уровнем высших гармоник, которое ведёт себя как «добропорядочный потребитель» в сети питания. Рис. 4. Пример измерения гармоник, показывающий, что 15-я гармоника слишком велика и не укладывается в требования стандартов к качеству сетей питания