一、電機功率表概述

　　節能減排已經成了不可回避的問題，國家十二五規劃中將節能減排提到了前所未有的高度。電機是用電量最大的耗電機械。有統計顯示，2011年，我國電機保有量約17億千瓦，總耗電量約3萬億千瓦時，占全社會總用電量的64%，其中工業領域電機總用電量為2.6萬億千瓦時，約占工業用電的75%。我國電機能效水平逐步提高，但總體仍然較低，平均水平比國外低3-5個百分點，低效電機造成用電浪費。十二五規劃將電機系統節能作為節能減排的一個重要方向，并且明確指出，研制高效電機、超高效電機、超超高效電機及采用變頻調速是電機系統節能的重要途徑。
　　能效計量檢測是電機系統節能的前提條件和技術基礎，并為節能增效提供評估手段。
　　電機功率表是電機系統能效計量檢測的主要電測量儀表，電機功率表的精度直接影響能效計量檢測的精度。其主要功能是測量電動機輸入或發電機輸出的電壓、電流、功率、功率因數等電參量。對于變頻器供電的電機，還需測量電壓基波有效值、電流基波有效值、基波功率等變頻電量，有時還需要測量相關的諧波電壓、諧波電流、諧波功率以及總諧波失真THD、總諧波因數THF、電壓諧波因數HVF、電流諧波因數HCF等諧波特征值。這類電機功率表需要較強的分析能力，且功能遠比常規電機功率表復雜，因此，一般習慣稱為功率分析儀。依據被測參量不同及儀表的特點，也稱變頻功率分析儀、高精度功率分析儀、寬頻功率分析儀等。 

二、GB/T 1032對電機功率表等電測量儀器的要求

　　《GB/T 1032-2012三相異步電動機試驗方法》對電機功率表等電量測量儀器及相關傳感器的要求如下（參見4.3測試儀器與測量要求）：

1、概述

　　大多數儀器的準確度等級通常以滿量程的百分數表示。因此，應盡量按實際讀數的需要，選擇低量程儀表。

　　[AnyWay中國注]：本段所指的儀器應當包括一次儀器和二次儀器，一次儀器包括電壓、電流互感器或其它電壓、電流傳感器，二次儀器主要指電機功率表。原因是若傳感器的量程過大，除了傳感器本身輸出信號精度降低之外，還會因傳感器輸出信號過小而導致二次儀器的測量精度降低。
　　由于電機試驗電壓、電流范圍較寬，單一的傳感器難于滿足精度要求。即便是某些傳感器的精度很高，當被測信號遠遠小于額定信號時，其二次輸出信號很小，測量儀器的信噪比、傳感器及儀表受干擾的影響均不能忽視。
　　因此，正確的做法是針對被測信號不同幅值，采用多個傳感器或采用多量程傳感器（多繞組互感器或Anyway變頻功率傳感器）分別滿足不同幅值電壓、電流的高精度測量。
　　傳感器的二次輸出量程應與電機功率表等電測量儀器的輸入量程匹配。某些電壓傳感器的二次輸出為電流信號，或電流傳感器的二次輸出為電壓信號時，量程匹配難度較大。因此，選購電機功率表等測試設備時，應綜合考慮電機功率表和傳感器的量程問題。
　　影響儀器測量結果準確度的因素：
　　a) 信號源負載；
　　[AnyWay中國注]：采用電壓互感器或電流互感器時尤其重要。因為測量用電壓、電流互感器的的準確度標稱條件為額定二次負荷，現在使用的電機功率表大多為電子式儀表，輸入負荷非常小（電流通道輸入阻抗非常低，電壓通道測量阻抗非常高），因此，應當在二次儀器的輸入端串聯或并聯電阻對互感器的二次負荷進行匹配。有一種觀點認為，互感器的二次負荷越小，互感器的精度越高，這種說法對于測量用互感器而言，是不正確的。
　　《JJG_314-2010_測量用電壓互感器檢定規程》中明確規定：
　　測量用電壓互感器的二次負荷應為額定二次負荷的25%～100%，只有額定二次負荷小于0.2VA的電壓互感器，其二次負荷的下限為0VA，可直接連接各類高輸入阻抗電機功率表，但不意味著二次負荷越小越好。
　　《JJG 313-2010 測量用電流互感器檢定規程》明確規定：
　　1、額定二次電流5A。額定二次負荷7.5VA及以下的互感器，下限負荷由制造廠規定；制造廠未規定下限負荷的，下限負荷為2.5VA。
　　2、額定負荷電阻小于0.2Ω的互感器，下限負荷為0.1Ω。
　　3、制造廠規定為固定負荷的互感器，在固定負荷的±10%范圍內，比差及角差指標應滿足固定負荷時的指標。
　　b) 引接線校正；
　　[AnyWay中國注]：定子的工頻磁場，轉子的低頻磁場，變頻器、整流器等非線性設備造成的高頻電磁場等充斥電機試驗現場，傳感器與電機功率表之間的連線是測量系統引入電磁干擾的重要傳播途徑，其電磁干擾的影響不可忽視。因此，電機功率表制造商應對引接線的長度及線材和線型等的要求。
　　對于采用互感器的電測量系統，GB/T20840.8-2007電子式電流互感器（IEC60044-8:2002）中對引接線的引入誤差的估計值為0.1%。
　　c) 儀器的量程、使用條件和校準。
　　[AnyWay中國注]：電機功率表的量程應根據被測信號選擇，一般應控制被測信號幅值在量程（或保證精度的測量上限）的40~100%之間。
　　儀器的精度指標使用條件有關，由于使用條件一般不易改變，應通過選擇儀器，使其精度標稱條件符合使用條件。標稱精度高的電機功率表或傳感器在電機試驗現場不一定能夠充分展現其性能指標。
　　校準包括出廠校準和年度校準。應該選擇能夠提供檢定證書或校準報告的儀器或系統，還需考慮采購后的年度校準，不能溯源（不能實現校準）的精度指標不能作為試驗結果準確性的依據。

2、電量測量儀器

　　電量測量儀器的準確度等級應不低于0.5級（兆歐表除外）。用低不確定度試驗方法測定電機效率時，為保證試驗結果的準確性和重復性，儀器的準確度等級應不低于0.2級。
　　電子儀器是多用途的，與無源儀器（非電子式）相比，有非常大的輸入阻抗，無需因儀器自身損耗而修正讀數。但高輸入阻抗儀器對干擾更為敏感。應依實踐經驗，采取減少干擾的措施。
　　[AnyWay中國注]：電機鐵損是電機損耗的重要構成部分，當采用損耗分析法試驗時，鐵損由空載試驗功率等參數獲取，準確測量電機空載功率至關重要。由于電機空載時的功率因數一般較低，因此，選購電機功率表時，應著重考核其低功率因數下的功率測量準確度。

3、儀用互感器（或傳感器）

　　測量用儀用互感器的準確度等級應不低于0.2級。
　　[AnyWay中國注]：角差是互感器準確度指標的重要組成部分，是影響功率測量準確度的主要因數之一（詳見銀河文庫《不同功率因數下相位誤差對功率測量準確度的影響》）。然而，在變頻電機、變頻器、逆變器等的功率測量中，由于目前廣泛使用的霍爾電壓、電流傳感器一般不標稱角差指標，傳感器的角差指標往往被忽視。
　　在選用各種電壓、電流傳感器時，應盡可能要求廠家提供角差校準證書或將傳感器送至權威計量檢定部門進行角差溯源。

4、電壓測量

　　測量端電壓的信號線應接到電機繞組引出線端子，如現場不允許這樣連接，應計算由此引起的誤差并對讀數作校正。應同時測量端電壓Uuv、Uvw、Uwu，取其算術平均值計算電動機的性能。
　　[AnyWay中國注]：如果測量的是相電壓，考慮到電機試驗時，三相電壓不一定完全對稱，線電壓與相電壓不宜簡單的按照根號3倍進行換算，而應采用線電壓的瞬時值為相電壓的瞬時值之差的原理，先求取線電壓的瞬時值，再對線電壓的瞬時值進行方均根運算求取有效值或進行傅里葉變換求取基波有效值等。

5、電流測量

　　應同時測量電動機的每相線電流，用三相線電流的算術平均值計算電動機的性能。
　　使用電流互感器時，接入二次回路儀器的總阻抗（包括連接導線）應不超過其額定阻抗值。
　　對I_N<5A的電動機，除堵轉試驗外，不應使用電流互感器。
　　[AnyWay中國注]：不應使用電流互感器主要考慮到對于小電流的電機，通常功率較小，電流互感器的損耗不能忽略。隨著低功耗互感器技術的成熟與應用，采用低功耗電流互感器可不受此限制，相反，由于互感器在一次與二次回路之間建立了良好的隔離，對于安全測量和抗干擾均有幫助。

6、功率測量

　　應采用兩表（兩臺單相功率表）法測量三相電動機的輸入功率，也可采用一臺三相功率表或三臺單相功率表測量輸入功率。功率表的電壓信號線應接到繞組引出線端子。
　　如儀器儀表損耗影響試驗結果的準確性，可按附錄A對儀器儀表損耗及其誤差進行修正。

三、GB/T 22670對電機功率表等電測量儀器的要求

　　《GB/T 22670-2008變頻器供電三相籠型感應電動機試驗方法》對電機功率表等電量測量儀器及相關傳感器的要求如下（參見4.2測量儀器）：
　　測量儀器除應滿足GB/T1032中的要求之外，當由變頻器供電試驗時，還應符合下列要求：
　　應使用測量電流、電壓有效值的儀表和有功功率表。尤其在輸入-輸出法中，測量結果的準確度取決于功率表、轉矩和轉速測試設備的準確度。
　　考慮到諧波產生損耗的作用，應仔細選擇測試設備，使其能在相應頻率范圍內有足夠的準確度，以下是對互感器、傳感器以及分流電路等測試設備所要求的頻率范圍fr：
　　fr=10f1——對六階梯波變頻器
　　fr=6fp——對PWM變頻器，最高為100kHz
　　式中：
　　f1——最高額定頻率；
　　fp——最高脈沖頻率（載波頻率）。
　　對于六階梯波變頻器，普通的電動式儀表即能滿足這些要求；對于PWM變頻器，必須使用寬頻段的設備，優先使用帶AD變換器和數字式數據微處理機的電子式儀表。
　　注1：脈沖頻率高的場合不宜使用兩表法（Aron接法）。這是因有電容電流存在，輸入電流相量之和可能不為零。因此，應采用每相用一個功率表的測量方法。
　　[AnyWay中國注]：當電機中線未引出時，每相用一個功率表的方法不能實施。有人提出了采用三個等電阻或阻抗的元件連接成星形獲取虛擬中性點的方法。事實上，該方法對于功率測量而言，同樣沒有回避電容電流的影響。因此，更加準確的說法應該是采用每相一個電流表的測量方法。詳見銀河文庫《淺談變頻電機試驗的功率測量》。
　　注2：變頻器的輸出諧波及主要次數決定于調制方法。
　　注3：對常用的指示儀表，其準確度是對標稱頻率規定的（如對50hz～60Hz），而在其規定的上限頻率，其準確度等級容許有附加誤差（如在1000Hz時為0.4%）。電子式測量儀表通常均給出頻率范圍，指規定的上限頻率，所規定的準確度既適用于50Hz或　　60Hz，也適用于規定的上限頻率。

四、GB 18613對電機功率表等電測量儀器的要求

　　《GB 18613-2012中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》對電機功率表等電量測量儀器及相關傳感器的要求如下（參見）：
　　電動機效率應按GB/T1032中的B法——測量輸入輸出功率的損耗分析儀測量。
　　[AnyWay中國注]：在GB/T1032中規定B法為低不確定度試驗方法，因此，按照GB/T1032的要求，為保證試驗結果的準確性和重復性，電機功率表的準確度等級應不低于0.2級。

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