深入解析功率因数、谐波、电磁干扰和标准

电压和电流的总谐波畸变率的定义是一致的，它以电压（电流）的总谐波的有效值除以基波有效值，电压和电流的THD表示如下：

式中，V₁（I₁）和V_h（I_h）分别为电压（电流）基波和h次谐波的有效值。

在公用电网中，电网电压的波形畸变率很小，通常假设电网电压为标准的正弦波。此时功率因数的定义为

式中，θ₁是电压基波与电流基波的夹角，cosθ₁称为位移因数或基波功率因数；ν为基波因数：

可见，功率因数是由基波因数和位移因数共同决定的。

为了抑制谐波，保证电网的安全、优质、经济运行，许多国家和国际组织都制定了相应的标准。我国于1994年开始实施（GB/T 14549—1993）《电能质量—公用电网谐波》标准。标准规定了电网标称电压为0.38/6/10/35/110kV公用电网中的电压总畸变率以及公共连接点的用户注入谐波电流的上限。在国际上，美国电气与电子工程师学会（IEEE）和国际电工委员会（IEC）制定了一系列的谐波标准，有的是针对公用电网接点电压的谐波，有的是针对用户向电网注入的电流谐波，有的针对用电设备的电流谐波。这些标准可以分为三类：

1）用户和系统谐波限制标准

IEEE519-1992 IEC1000-2-2 IEC1000-3-6

2）用电设备谐波限制标准

IEC1000-3-2（＜16A）IEC1000-3-4（16～75A）

3）谐波测量标准

IEC1000-4-7(www.xing528.com)

在我国，IEC1000-3-2标准已经等同地转化为国家标准GB 1765.1—1998《低压电气及电子设备发出的谐波电流限值（设备每相输入电流≤16A）》。

在上面的标准中，IEC1000-3-2和IEC1000-3-4对电压和电流的各次谐波分量都有具体的限制，因此影响最大。IEEE519对各次谐波分量也有限制，但是它主要针对公共接点的谐波。对于输入电流在16A以下的电力电子设备，IEC1000-3-2是必须满足的标准。IEC1000-3-2列出了四类用电设备的谐波标准。表1-1列出了其中A类设备的谐波电流限值，表1-2列出了D类设备的谐波电流限制。

谐波还会引起电磁干扰。检测机构要同时检测电力电子装置辐射噪声和传导噪声。辐射噪声的检测是在离产品一个特定距离的地方放置一个校准天线和接收器，并在吉赫（GHz）区域内画出频谱。传导噪声测量需要在输入工频电源和被检测设备的电源输入线之间安装线路阻抗稳定网络（LISN）。图1-4为国际无线电干扰特别委员会（CISPR）标准推荐的干扰测试电路。

表1-1 IEC1000-3-2标准（对A类设备）

注：表中h为谐波次数。

表1-2 IEC1000-3-2标准（对D类设备）

国际上有许多关于电磁兼容的标准，如CISPR、IEC、VDE（德国电气工程师学会）、FCC（美国联邦通信委员会）标准。它们规定了传导干扰的上限值。我国是IEC的成员国，相应地制定了电磁兼容的国家标准。图1-5给出了CISPR、FCC的传导干扰的上限值的标准。原中国国家技术监督局于1999年10月8日以质技监局认发（1999）223号文发布了《电磁兼容认证管理办法》。这表明中国在电磁兼容的管理和规范方面迈出了重要的一步，这也是中国电气产品走向全球所必需的通行证。

图1-4 CISPR标准推荐的干扰测试电路

图1-5 电磁兼容的标准