計量論壇

1 引言

400Hz中頻電源多利用晶閘管來實現，其工作原理可簡單歸結為：電流型交－直－交變頻，即將50Hz交流電整流為大小可調的直流電，經電抗器慮波后供給逆變器，由逆變器將直流電逆變為交流400Hz中頻電[1]210。這類電源，主要用于航空產品及設備的生產調試，目前還沒有相應的國家檢定規程或校準規范。本文結合工作實際，對其通常的校準項目和校準方法做了分析和歸納；最后簡要分析了諧波電流產生的原因，同時給出了諧波電流的校準方法。

2校準項目及方法

400Hz中頻電源的通常校準項目有：電壓及電流示值誤差，電壓偏差、電壓短期穩定度、頻率偏差，頻率短期穩定度，電壓失真度。除上述校準項目外，有必要增加諧波電流校準項目。下文將對各個校準項目展開討論。

2.1、電壓及電流示值誤差的校準

目前，400Hz中頻電源的指示（顯示）裝置準確度不高，部分產品并沒有明確的指標要求。但是為促進中頻電源質量的提升，有必要對指示（顯示）裝置進行校準。如圖1所示，選用數字多用表校準電壓，選用測量用電流互感器校準電流，并保證選用儀器的準確度高于被測件準確度的3倍。如圖1所示，在中頻電源空載狀態下，校準額定電壓值115V；而后合上空氣開關，調節阻性負載，由鉗型表校準電流。

400Hz中頻電源由空載狀態轉換到滿載狀態時，輸出電壓會發生變化(下降)，該變化值即為電壓偏差[2-5]，如圖2所示。

電壓偏差表明了實際電壓偏離額定電壓的程度，即反映了中頻電源的帶載能力。電壓偏差大，表明中頻電源帶載能力差，其結果會造成由中頻電源供電的設備不能正常工作。國家標準GB/T 3926－2007《中頻設備額定電壓》中對電壓偏差的限值做了6條規定。因此有必要對400Hz中頻電源的電壓偏差進行校準，其接線如圖1所示。

在空載狀態下，調節中頻電壓，使中頻電源輸出為額定值，記為Un；而后閉合空氣開關，調節阻性負載使中頻電流達到額定值，讀取滿載中頻電壓，記為Um；由下式計算電壓偏差：

式中， －電壓偏差；

Un－額定電壓；

Um－滿載電壓；

－相對電壓偏差。

電壓短期穩定度表明了輸出電壓波動的程度。若400Hz中頻電源濾波電容的質量不高，會造成輸出電壓規律性或隨機性波動，該波動電壓即是連續的電壓偏差[3-4]。如圖3所示。

2.4頻率偏差的校準

  頻率偏差[3-4]是指電源頻率的實際值與標稱值之差。產品或設備都有固定的工作頻率，供電頻率的偏離會造成產品或設備的工作不正常。國家軍用標準GB181A－2003《飛機供電特性》規定了變頻交流供電系統穩態頻率范圍[6]為393Hz~407Hz，即允許頻率偏差為±7Hz。因此， 400Hz中頻電源的頻率偏差也是一項重要指標。如圖1所示，在中頻電源帶滿載的情況下，讀取頻率值，按下式計算頻率偏差：

2.5頻率短期穩定度的校準

頻率短期穩定度是考核中頻電源在短時間內頻率偏差的波動情況。某一時刻（至少是1個被測信號的周期）頻率偏差能滿足要求，但某一段時間內，頻率偏差可能會出現較大的波動。因此可以在短期內對頻率的動態情況進行考核，由此引入短期頻率穩定度。短期頻率穩定度可以理解為長時間內，頻率偏差波動情況的短時間抽樣,如圖4所示。

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2.6失真度的校準

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2.7諧波電流發射值的校準

400Hz中頻電源中的晶閘管整流裝置可以看成一個高次諧波電流源；諧波電流流過系統阻抗，導致諧波電壓的產生[7]。文獻[4]詳細闡述了諧波電流對電網、高低壓設備的影響及對通信線路的干擾[4]191。文獻[8]給出了400Hz中頻電源諧波干擾的實際情況：在電磁兼容的CE102項目(10 kHz～10MHz電源線傳導發射)測試中，因為400Hz中頻電源產生諧波，而使背景噪聲產生較大偏差[8]。鑒于此，有必要對新驗收或使用中的中頻電源進行諧波電流的校準，以掌握其諧波電流的發射情況。

如圖6所示，一臺交流源/分析儀做中頻電源的供電電源，該儀器具有交流輸出和分析功能，同時為保證分析結果的可靠性，在中頻電源的輸入端再并接一臺電能質量分析儀，將二者測量的結果做比較。

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表2空載下諧波電流校準結果

諧波次數	國標規定限值/A	實測值/A
7	0.770	1.503※
9	0.400	0.852※
11	0.330	0.702※
13	0.210	0.517※
15	0.150	0.360※
17	0.132	0.226※
19	0.118	0.140※
21	0.107	0.108※
23	0.098	0.106※
25	0.090	0.100※

表2標示出7到25次的奇次諧波電流超過了國家標準規定的限值。

     表3滿載下諧波電流校準結果

表3表明，負載電流增大，超標的諧波次數增多。

3 結束語

對于400Hz中頻電源的校準，除常規輸出指標外，有必要對電網側諧波電流進行校準，以確保其它用電設備不受到干擾。而其它電網側校準項目，如功率因素、有功功率、浪涌電流等，可以根據技術要求取舍。對于UPS電源及其它不同頻率的中頻電源，也可按上述校準方法進行驗收及周期校準。若需要更為嚴格的指標測試，還需對中頻電源進行電磁輻射、電磁干擾等電磁兼容項目的測試。

參考文獻：

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[2]劉杰.直流電子負載在直流穩壓電源校準中的應用[J].
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[3]粟時平，劉桂英.現代電能質量檢測技術[M].北京：中國電力出版社，2008.59-64.

[4]程浩忠，艾芊，張志剛，朱子述，等.電能質量[M].北京：清華大學出版社，2008.191-203.

[5]GB/T 3926－2007，中頻設備額定電壓［S］.

[6]GJB 181A－2003，飛機供電特性［S］.

[7]GBZ 18039.5－2003/IEC 61000-2-1:1990，電磁兼容 環境
公用供電系統低頻傳導騷擾及信號傳輸的電磁環境［S］.

[8]韓明,繆永君,李新建. 解決電磁兼容實驗室電源傳導背景噪聲的方法[J].信息化研究，2009，35(12):9-10.

[9]GB 17625.1－2003/IEC 61000-3-2:2001，電磁兼容 限值
諧波電流發射限值（設備每相輸入電流≤16A）［S］.

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