2020TI省級電賽E題制作雜談

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

寫在前面

在這裡記錄2020TI省級電賽E題制作的方案，資料，經曆，想法等等。可能會邊寫邊整理，會分幾篇CSDN記錄，各位看官稍安勿躁~。如果覺得有收獲，請給我點個贊，這樣我會更有動力寫出更多文章，謝謝啦！

THD的計算準則

關于THD的計算公式，不同标準的定義略有不同。

1.GBT–17626.7-2008

《GBT–17626.7-2008電磁相容 試驗和測量技術 供電系統及所連裝置諧波、諧間波的測量和測量儀器導則》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。

通俗的了解就是，隻取基波的2、3、4…直到n倍頻進行計算，沒有DC，沒有間諧波，n的值根據不同的測試要求與标準有所差異。

2.GB/T12668.2-2002

《GB/T12668.2-2002調速電氣傳動系統 一般要求 低壓交流變頻電氣傳動系統額定值的規定》對THD定義如下：

按照上述定義，THD包含間諧波和直流分量。

通俗的了解就是，把除了基波之外的所有的幅值都參與到計算中。

使用時，要注意根據哪個标準去進行選擇。

THD測量的步驟

總體來說，THD的測量應該分為兩大部分：頻譜變換部分和計算部分。

頻譜變換

關于頻譜變換部分，這裡不細講了，可以去看我的CSDN部落格《白話FFT頻譜分析全流程（以工程使用的角度）》之一、二和三，裡面有詳細的頻譜分析流程，個人覺得還是很生動形象滴。

這裡我們隻提一些注意事項：

1.采樣率與FFT點數的選擇：

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），采樣率增大後也增加較小。

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号（方波的帶寬為無限大），這時對于FFT點數要求高。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，讀數才與電參數測量儀較接近。

2.測得準其實看的是在低失真時準不準：

測量低失真信号的THD對于儀器本身提出了更高的要求，不僅對于模拟前端，ADC，走線要求更高，還考驗儀器FFT的能力，此時要求采樣點數大起來，這樣相同頻率的譜線會有更多的點去“拟合”（在工程上，每個正弦譜線至少要有10個點“拟合”才可以認為恢複了真實的信号），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變換後的形式：

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，我們可以友善的生成方波，這可以作為測試基準。

同時，這裡也提供一個資料：我們使用信号發生器生成1KHZ 2Vvpp的方波輸入電參數儀中進行測試，測試其VTHD，結果在42.6-43.5%之間浮動，可能是電參數儀正常使用的頻段（工頻）和信号發生器的誤差所緻。

THD在系統中的重要性

THD在多種類型的系統中都很重要，包括電力系統，其中THD較低意味着功率因數較高，峰值電流較低且效率較高； 音頻系統，THD低意味着音頻信号是原始記錄的更真實的再現； 和THD較低的通信系統，意味着對其他裝置的幹擾較小，而對感興趣信号的發射功率較高。