2020TI省級電賽E題制作雜談

• • 寫在前面
  • THD的計算準(zhǔn)則
  • THD測量的步驟
  • • 頻譜變換
    • 計算部分
  • 常用的波形和其THD
  • THD在系統(tǒng)中的重要性

寫在前面

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THD的計算準(zhǔn)則

關(guān)于THD的計算公式，不同標(biāo)準(zhǔn)的定義略有不同。
1.GBT–17626.7-2008

《GBT–17626.7-2008電磁兼容 試驗和測量技術(shù) 供電系統(tǒng)及所連設(shè)備諧波、諧間波的測量和測量儀器導(dǎo)則》中，對THD的定義如下：

按照上述定義，THD不包含間諧波，并且，有一固定的諧波上限。
通俗的理解就是，只取基波的2、3、4…直到n倍頻進(jìn)行計算，沒有DC，沒有間諧波，n的值根據(jù)不同的測試要求與標(biāo)準(zhǔn)有所差異。

2.GB/T12668.2-2002
《GB/T12668.2-2002調(diào)速電氣傳動系統(tǒng) 一般要求 低壓交流變頻電氣傳動系統(tǒng)額定值的規(guī)定》對THD定義如下：

按照上述定義，THD包含間諧波和直流分量。
通俗的理解就是，把除了基波之外的所有的幅值都參與到計算中。

使用時，要注意根據(jù)哪個標(biāo)準(zhǔn)去進(jìn)行選擇。

THD測量的步驟

總體來說，THD的測量應(yīng)該分為兩大部分：頻譜變換部分和計算部分。

頻譜變換

關(guān)于頻譜變換部分，這里不細(xì)講了，可以去看我的CSDN博客《白話FFT頻譜分析全流程（以工程使用的角度）》之一、二和三，里面有詳細(xì)的頻譜分析流程，個人覺得還是很生動形象滴。
這里我們只提一些注意事項：
1.采樣率與FFT點數(shù)的選擇：
二者原則上越高越好。對于測量正弦波的THD，較低采樣率和點數(shù)的FFT即可滿足要求，使用4096 ，8192，16384點的FFT對于最終的值沒有顯著的增加（1khz正弦，120m%@4096增加到143m%@16384），采樣率增大后也增加較小。

但THD測量儀器還可能面臨測試類方波，類三角波等與正弦波相差較大的信號（方波的帶寬為無限大），這時對于FFT點數(shù)要求高。在測試1KHZ方波時，實際使用16384點的FFT，在100k采樣率，計算到49次諧波，讀數(shù)才與電參數(shù)測量儀較接近。

2.測得準(zhǔn)其實看的是在低失真時準(zhǔn)不準(zhǔn)：
測量低失真信號的THD對于儀器本身提出了更高的要求，不僅對于模擬前端，ADC，走線要求更高，還考驗儀器FFT的能力，此時要求采樣點數(shù)大起來，這樣相同頻率的譜線會有更多的點去“擬合”（在工程上，每個正弦譜線至少要有10個點“擬合”才可以認(rèn)為恢復(fù)了真實的信號），就會有更高的檢測精度。

計算部分

常用的波形和其THD

方波和其做FFT變換后的形式：

方波的理論失真：

按照下圖的測量方法（也就是GBT–17626.7-2008）：

我們帶入測量公式：




也就是說：方波的理論失真大約為48.3%

測試中，我們可以方便的生成方波，這可以作為測試基準(zhǔn)。
同時，這里也提供一個數(shù)據(jù)：我們使用信號發(fā)生器生成1KHZ 2Vvpp的方波輸入電參數(shù)儀中進(jìn)行測試，測試其VTHD，結(jié)果在42.6-43.5%之間浮動，可能是電參數(shù)儀正常使用的頻段（工頻）和信號發(fā)生器的誤差所致。

THD在系統(tǒng)中的重要性

THD在多種類型的系統(tǒng)中都很重要，包括電力系統(tǒng)，其中THD較低意味著功率因數(shù)較高，峰值電流較低且效率較高； 音頻系統(tǒng)，THD低意味著音頻信號是原始記錄的更真實的再現(xiàn)； 和THD較低的通信系統(tǒng)，意味著對其他設(shè)備的干擾較小，而對感興趣信號的發(fā)射功率較高。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的2020TI省级电赛E题制作杂谈的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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