有关功率分析仪的谐波测量技术解析

有关功率分析仪的谐波测量技术解析

几乎所有的功率分析仪都有谐波测量功能，有的支持40次，有的支持100次，有的支持128次，这个值是不是越大就越好呢？这个功能又用在哪些测试领域呢？常规谐波测量，IEC谐波测量以及FFT都是与谐波有关的，他们之间有何区别，实际使用过程中又该如何选择呢？

谐波测量的重要参数THD说明

说到谐波，我们首先关注的参数就是THD(总谐波畸变率)，总谐波畸变率就是各次谐波的均方根值除以基波值（有时候是除以总波值叫THF），其值以百分比方式显示。

从上面的计算公式我们可以看出，除数基波值是基本不变的，但是被除数各次谐波的均方根值，则随着谐波次数的增多而增大。也就是说，用于计算THD 的谐波次数越大，THD值就越大。而谐波次数越多测试出来的THD值离真实值就越接近。接近真实值有什么用呢？那需要测试多少次谐波的THD值才算比较接近真实值呢？

THD就是告诉你，被测信号里面含有多少谐波成分，是否足够“纯净”。我们的常识里面谐波就是危害很大的，几乎没有好处（谐波当然也可以废物利用，比如供电线融冰），THD的真实值可以最准确的告诉我们，被测信号的“纯度”，就像饮用水里面各种成分的含量一样，谐波就像水里面的漂白粉、重金属、有机物成分等，我们当然希望了解我们的饮用水里面所有各种成分的含量。PA6000最高支持256次谐波，让你看到信号里面的各种”成分”。

希望总是美好的，但现实总是残酷的。由于国内大部分仪器都只能测试40次或以内的谐波，所以目前国内的THD测试标准还是沿用比较落后的40次。不同的谐波测试次数又有什么区别呢？测试40次与测试256次的差异就像，测试饮用水的成分，测试40次只检测了漂白粉的含量；测试256次则除了除漂白粉外，还检测了铜、铁、钠、钾、氨、氰化物等的含量。欧美的一些最新标准已经开始沿用64次谐波的测量标准，德国并网逆变器谐波测量的最新要求已经达到178次。谐波测量次数越来越高将是谐波测量领域的发展趋势，选择PA6000就是占领谐波测量的制高点！

谐波既然这么重要，那谐波是如何测量出来的呢？

谐波测量的核心是时域到频域的转换。离散傅里叶变换（DFT）是对数字信号进行时域到频域转换，而高效进行DFT的方法就是快速傅里叶变换（FFT）。

PA6000的谐波测量与示波器的FFT有什么区别呢？

示波器的FFT运算是通过采集周期中的某一段数据进行运算并显示结果，用于运算的数据仅仅是所有数据里面的某一部分；而PA6000在谐波测量模式下，所有采集到的数据都用于FFT运算，所以能够测量出谐波在任何时刻的变化！这

就是PA6000高精度功率分析仪的核心价值之一!

同一个被测信号，用不同的频率分辨率去计算FFT，得到的谐波测量结果是不一样的。

从《ZDS2000示波器FFT性能分析》里可以知道，不同的采样率，不同的FFT 点数会产生不同的频率分辨率，而不同的频率分辨率，会引起不同的谐波测量结果！同一个被测信号，用不同的频率分辨率去计算FFT，得到的谐波测量结果是不一样的，为什么呢？我们知道信号在通过非线性元件的时候都会发生混频，我们测试的信号肯定是经过很多非线性元件的，所以都会经过多次混频，混频后的结果是，信号的的频谱里面布满了各种各样的杂散和谐波，而FFT运算一般都会有频谱泄露及栅栏效应，不同的频谱分辨率，就会有不同的频谱泄露及栅栏效应，所以测量出来的谐波都不一样，THD也是不一样的。

同一个信号用不同的仪器测量谐波，测量出来的谐波结果会存在差异大家知道计算谐波的第一步是FFT，那计算完FFT后，又如何得出所需要的谐波？

最简单最直接的方式是对应频点的有效值。当然有简单的方式，肯定也有复杂的方式，这个我们后面再介绍。

图2PA6000谐波测量模式测量参数表

到此我们就可以清楚的知道，同一个信号用不同的仪器测量谐波，因为测量参数的不一样，测量出来的谐波结果会存在差异，这个差异的大小不单单与测量参数有关，与被测信号类型也有关，比如正弦波信号差异会少一些，方波或PWM 波信号差异会很大（可能差几十倍！）。所以我们测试前要先了解测试仪器的FFT 计算参数：采样率、FFT点数、频率分辨率。

图3PA6000常规谐波/谐波/IEC谐波

PA6000谐波测量模式简介

PA6000有多种谐波测量模式，包括常规模式谐波、谐波模式谐波、IEC模式谐波，还有独立的FFT模式。从上表可以看出，就是PA6000在不同的谐波测量模式下，参与FFT运算的点数都是不一样的，从测量的输入信号范围不一样，也可以猜测出，采样率也是不一样的。这些不一样，也就表明了就算同一款仪器，不同的谐波测量模式测出的谐波结果也是不一样的。这就引入两个问题，为什么要这么多的谐波测量模式？那个更准确呢？这里就涉及到谐波正确应用的方法问题，后面有专门介绍谐波正确应用的方法。