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功率分析儀高精度測量的注意事項(xiàng)

閱讀:897      發(fā)布時間:2023-11-15
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一,、概述

       功率測量用于測量電氣設(shè)備消耗的功率,,廣泛應(yīng)用于家用電器、照明設(shè)備,、工業(yè)用機(jī)器,、儲能等研究開發(fā)或生產(chǎn)線等領(lǐng)域中,要想精準(zhǔn)的測量被測量,,一個好的測量方法和一臺高精度的測量儀器同樣重要,,目前主流的儀器是功率分析儀。


吹田功率分析儀.png


二,、測試目標(biāo)

(1)提高產(chǎn)品的能源效率——即使是小數(shù)點(diǎn)后幾位——對制造商來說既是一個重要目標(biāo),,也是一個重大挑戰(zhàn)。

(2)為了驗(yàn)證效率的微小改進(jìn),,研發(fā)團(tuán)隊(duì)需要了解其功率分析儀的總體準(zhǔn)確度或不確定性,。

(3)作為制造商,重要的是了解影響儀器不確定度的所有因素,。

(4)在考慮功率精度時,,評估不僅要考慮基本參數(shù),還要考慮峰值因數(shù),、相位角誤差,、溫度范圍、預(yù)熱時間,、穩(wěn)定期和共模抑制等其他因素,。


三、精度

1,、儀器的精度是測量值與真值的接近程度,,通常用相對百分比來表。

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2,、儀器制造商發(fā)布的規(guī)格通常包括“保證值"和“典型值"等術(shù)語,。一些制造商在其發(fā)布的數(shù)據(jù)中使用典型值,這往往會誤導(dǎo)客戶,。典型值通常是基于制造商對其產(chǎn)品期望的參考值,,但這些值通常不能100% 保證。

3,、峰值因數(shù)的影響

(1)峰值因數(shù)的含義

33.png

(2)功率分析儀的峰值因數(shù)規(guī)格

       CF3表示:當(dāng)前量程下,,允許輸入的信號峰值為有效值量程的3倍,。并不是只能測量峰值因數(shù)為3的信號。

       以WT5000為例,,設(shè)置為CF3時,,信號有效的輸入范圍為量程的1%~130%

(3)當(dāng)信號峰值超過功率分析儀允許的峰值時:

① 使用固定量程時,會顯示超峰值錯誤,,無法正確測量,。

② 使用自動量程時,會自動切換到下一檔量程,,切換過程無法正確測量,。


(4)對于功率分析儀,峰值因數(shù)在以下方面具有重要意義,。 

① 峰值因數(shù)能夠顯示儀器對于畸變信號的正確測量能力,。

② 正確測量輸入信號的峰值因數(shù),為評估輸入信號的質(zhì)量提供定量依據(jù)(電源行業(yè)等),。

③ 穩(wěn)定測量高度失真的波形,,如家用電器,,防止頻繁切換量程,。

4、環(huán)境溫度的影響

       影響功率分析儀精度的另一個因素是溫度,。 

(1)功率分析儀保證精度的溫度范圍為23°C ±5°C,,即在18°C ~ 28°C溫度范圍內(nèi)都可以保證精度。

(2)如果只有23°C ±2°C,,即21°C ~ 25°C,,測試現(xiàn)場的環(huán)境溫度很難保證,會增加很大的不確定性,。

(3)超出保證精度的溫度范圍,,要在精度上增加相應(yīng)的溫度系數(shù)。

(4)如果在23°C±2°C時,,精度為:±(讀數(shù)的0.01%+量程的0.02%),。

(5)那么在23°C±5°C時,補(bǔ)償了溫度系數(shù)之后的精度為:±(讀數(shù)的0.04%+量程的0.02%),。

66.png

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5,、預(yù)熱對測量的影響

       對于高精度功率測量來說,預(yù)熱是非常重要的步驟,。

(1)開機(jī)后,,測量之前,一般需要預(yù)熱30分鐘以上,。

(2)預(yù)熱之后,,儀器內(nèi)部溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),,元器件也進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)。

(3)預(yù)熱之后需進(jìn)行調(diào)零校準(zhǔn)操作,。


6,、調(diào)零校準(zhǔn)的必要性

(1)去除輸入通道零漂和傳感器偏移量是高精度測量的必要步驟。

① 當(dāng)預(yù)熱之后,,或者長時間測量之后環(huán)境溫度發(fā)生變化,,會產(chǎn)生一定的零漂。

② 外部傳感器的零點(diǎn)偏移量需要盡量去除,。

調(diào)零校準(zhǔn).png


(2)對于功率分析儀:

① 輸入通道的校準(zhǔn)(Cal)與是否接線無關(guān),,可以在測量過程中進(jìn)行。

② 動態(tài)測試時,,建議打開自動量程,,減小量程誤差,在量程切換時可自動調(diào)零,。

③ 積分過程中可設(shè)定自定校準(zhǔn),。

④ 對于電流傳感器、扭矩轉(zhuǎn)速傳感器信號,,在開始測量之前打開NULL功能,,可以去除傳感器的直流零漂。


7,、帶寬對測量的影響

       帶寬是示波器的主要指標(biāo),,是所謂的-3dB點(diǎn),即:在輸入端輸入正弦波信號,,如果采集到的幅值衰減到原始信號的70.7%(-3dB),,那么這個正弦波的頻率點(diǎn)就是示波器的帶寬。

帶寬.png

       功率計(jì)產(chǎn)品對幅值精度的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于示波器產(chǎn)品,,必須有足夠的帶寬保證有效信號不被衰減,。

幅值精度.png

8、采樣率對測量的影響

       高采樣率能夠保證高頻成分被盡可能完整地采集,。對于類似SiC變頻器這樣的高頻輸出電壓信號,,必須要足夠高的采樣率才能計(jì)算出準(zhǔn)確的電壓有效值。

9,、濾波器的作用

       濾波器是一種選頻裝置,,可以使信號中特定的頻率成分通過,而極大地衰減其他頻率成分,。利用濾波器的選頻特性,,可以濾除干擾噪聲或進(jìn)行頻譜分析。例如:去除電源中的高頻噪聲。

       截止頻率(Cutoff Frequency): 指低通濾波器的通帶右邊頻點(diǎn),,及高通濾波器的通帶左邊頻點(diǎn),。通常以1dB或3dB相對損耗點(diǎn)來標(biāo)準(zhǔn)定義。

10,、功率分析儀中濾波器的種類

(1)線路濾波器

       線路濾波器屬于低通濾波器,,會去除信號的高頻成分(高頻諧波成分),僅測量低頻成分,,會導(dǎo)致電壓RMS,,電流RMS等測量值發(fā)生變化,謹(jǐn)慎使用,。

(2)頻率濾波器

       頻率濾波器又可稱作零交叉濾波器,,用于去除進(jìn)入頻率測量電路輸入信號的高頻分量,對測量的電壓/電流波形沒有直接影響,,但對周期檢測有影響,。

11、濾波器對測量的影響

(1)功率分析儀一般可以同時進(jìn)行常規(guī)測量和諧波測量,。

① 常規(guī)測量:一般功率參數(shù),,包括電壓、電流,、功率等參數(shù)的有效值,、平均值等。

② 諧波測量:對輸入的電壓電流信號進(jìn)行傅里葉變換,,獲得基波和諧波等相關(guān)參數(shù),。


(2)常規(guī)測量和諧波測量對于濾波器的截止頻率設(shè)定有不同的要求,。

① 常規(guī)測量:要求濾波器的截止頻率不能設(shè)置過低,。

② 諧波測量:需要設(shè)置較低的截止頻率,防止混淆現(xiàn)象發(fā)生,。

(3)WT5000有兩種類型的數(shù)字線路濾波器,,用戶可以單獨(dú)設(shè)置截止頻率。


(4)較高的截止頻率設(shè)置用于常規(guī)測量,,較低的頻率設(shè)置用于諧波測量,。

12、傳感器的選擇

(1)電流傳感器:功率分析儀能保證功率精度達(dá)到“ 讀數(shù)的0.05% + 量程的0.05%",,且直接測量5A以內(nèi)的電流,,當(dāng)電流大于5A,應(yīng)選擇AC/DC電流傳感器CT系列,,通過使用專用連接線和分流器,, 功率分析儀可以測量大電流,通過這種方式連接傳感器,, 可以提高信噪比和抗干擾度,。當(dāng)被測電流為高頻脈沖信號,,可以選用剛性羅氏線圈。

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(2)電壓傳感器:由于功率分析儀的設(shè)計(jì)理念及構(gòu)造要求,,國內(nèi)外功率分析儀供應(yīng)廠家的電壓輸入均限制到了1500V,。這對于一些電機(jī)應(yīng)用、變頻器應(yīng)用,、逆變器應(yīng)用,、儲能領(lǐng)域會出現(xiàn)超過1500V的現(xiàn)象造成了巨大的困擾。之前部分公司提出了采用分壓電阻的方式,,但這種方案無法做到高頻,、高壓下的高精度測試。寬頻高壓分壓器是用于解決高壓分壓問題的設(shè)備,,可以實(shí)現(xiàn)3.5KV,、7KV、10KV及14KV的電壓分壓,。同時依照功率分析儀的設(shè)計(jì),,分壓器設(shè)備每一個型號均可配置不同的一個,兩個或三個通道版本,,以匹配特定的測量任務(wù),。

高壓分壓器HST系列.png


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