一、功率分析儀主要技術(shù)手段

　　功率分析儀主要技術(shù)手段包括時(shí)域分析和頻域分析兩大部分。

　　時(shí)域分析主要包括算術(shù)平均值、校準(zhǔn)平均值、真有效值、有功功率、功率因數(shù)等特征值的計(jì)算及實(shí)時(shí)波形的顯示和操作。

　　頻域分析主要包括基波有效值、諧波有效值、相位差，位移因數(shù)等特征值的計(jì)算及頻譜顯示和操作。

圖1 WP4000變頻功率分析儀記錄的變壓器空載電流波形及諧波頻譜

二、功率分析儀測(cè)試參數(shù)

　　功率分析儀測(cè)試參數(shù)主要包括電壓、電流、功率、相位、位移因數(shù)、功率因數(shù)等。

1、電壓、電流真有效值及有功功率測(cè)量

　　真有效值是指電壓電流的基波、直流分量、所有諧波及間諧波的有效值的方和根，為了區(qū)別于基波或某次諧波的有效值，有時(shí)稱(chēng)全波有效值。

　　有功功率是指直流分量、基波、諧波及間諧波的有功功率的算術(shù)和，為了區(qū)別于基波有功功率和諧波有功功率，有時(shí)稱(chēng)總有功功率。

　　為了與傳統(tǒng)的基于檢波法的功率表的數(shù)值形成對(duì)比，某些功率分析儀提供了電壓、電流的校準(zhǔn)平均值。

　　為了兼顧直流測(cè)量，某些功率分析儀還提供了電壓、電流的算術(shù)平均值。

　　銀河電氣的WP4000變頻功率分析儀對(duì)交流電量提供了真有效值(rms)、校準(zhǔn)平均值(mean)、基波有效值(h01)、算術(shù)平均值(avg)四種特征值測(cè)量模式；對(duì)直流電量提供了真有效值(rms)和算術(shù)平均值(avg)兩種特征值測(cè)量模式。

　　此外，功率分析儀測(cè)試參數(shù)中還應(yīng)提供與有功功率相關(guān)的功率因數(shù)。

　　注：對(duì)于非正弦電量測(cè)量，功率分析儀測(cè)試參數(shù)中有一個(gè)特別值得注意的參數(shù)。在正弦電路中，功率因數(shù)等于相位差的余弦，一般用cosφ表示，而非正弦電路中，功率因數(shù)只能通過(guò)下述定義式獲取：

　　PF=P/S，PF為Power Factor的縮寫(xiě)，表示功率因數(shù)，P為有功功率，S為視在功率。

　　功率因數(shù)也常用λ表示。

　　非正弦電路中，cosφ稱(chēng)為位移因數(shù)，φ為基波（或特定次數(shù)的諧波）電壓與基波（或特定次數(shù)的諧波）電流的相位差。當(dāng)φ為基波電壓、電流相位差時(shí)，也稱(chēng)基波功率因數(shù)。

　　非正弦電路中，λ不等于cosφ，一般有λ小于cosφ。

2、電壓、電流基波有效值及基波有功功率

　　變頻器輸出電量諧波含量豐富，然而，對(duì)于電機(jī)而言，能夠貢獻(xiàn)轉(zhuǎn)矩的主要是基波，因此，在電機(jī)試驗(yàn)中，基波有效值和基波有功功率是大部分試驗(yàn)的依據(jù)值，基波有效值和基波有功功率比真有效值更加重要。

　　基波功率因數(shù)（位移因數(shù)）等于基波有功功率與基波視在功率（基波電壓電流有效值乘積）的比值。

3、電壓、電流諧波幅值及諧波功率

　　電壓、電流諧波幅值通常也采用有效值表示，諧波功率通常指諧波的有功功率。

　　WP4000變頻功率分析儀未顯示每次諧波的功率，僅顯示了每次諧波電壓和諧波電流的相位，可通過(guò)諧波功率的定義式計(jì)算獲?。?/p>

　　Pn=UnIncosφn，Pn、Un、In、φn分別表示第n次諧波的有功功率、電壓有效值、電流有效值、電壓與電流的相位差。

4、諧波特征值

　　變頻電量輸出諧波頻譜復(fù)雜，除了少數(shù)研究性試驗(yàn)關(guān)注具體的某次諧波之外，多數(shù)情況下更加關(guān)注諧波的整體表現(xiàn)，諧波的整體表現(xiàn)主要通過(guò)諧波特征值表示。最常用的諧波特征值為總諧波畸變率THD（Total Harmonics Distortion）和總諧波因數(shù)（total harmoni Factor，簡(jiǎn)稱(chēng)THF）。THD也稱(chēng)波形畸變率，THF也稱(chēng)總諧波失真。

　　除了上述兩個(gè)諧波特征值之外，某些功率分析儀還針對(duì)具體應(yīng)用領(lǐng)域提供相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)注的其它諧波特征值。如AnyWay系列變頻功率分析儀還提供電機(jī)試驗(yàn)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的諧波電壓因數(shù)(HVF)和諧波電流因數(shù)(HCF)

5、電能質(zhì)量分析等其它功能

　　部分功率分析儀為了測(cè)試方便，還提供了電能質(zhì)量分析儀的電壓穩(wěn)定度、電流穩(wěn)定度、頻率穩(wěn)定度及正序分量、負(fù)序分量、零序分量等表征三相不平衡度的參數(shù)。

圖2 功率分析儀的電能質(zhì)量分析相關(guān)功能

三、功率分析儀基本功能

　　功率分析儀基本功能主要包括實(shí)現(xiàn)第二節(jié)所述功率分析儀測(cè)試參數(shù)的測(cè)量、計(jì)算和顯示，從分析結(jié)果表達(dá)方式看，功率分析儀基本功能主要包括：

1、常規(guī)測(cè)量

　　功率分析儀測(cè)試參數(shù)主要包括傳統(tǒng)功率表的測(cè)試參數(shù)：電壓、電流、頻率、功率、功率因數(shù)等，但是，測(cè)量功能比傳統(tǒng)功率表強(qiáng)大，體現(xiàn)在同一測(cè)量參數(shù)可以采用多種特征值表現(xiàn)。如電壓、電流可以采用真有效值(rms)、校準(zhǔn)平均值(mean)、基波有效值(h01)、算術(shù)平均值(avg)四種特征值。而功率包括基波功率(h01)和總有功功率(avg)。

2、實(shí)時(shí)波形

　　觀測(cè)實(shí)時(shí)波形可以最快的速度形象地了解未知的復(fù)雜信號(hào)，建立感性認(rèn)識(shí)，許多時(shí)候還可以利用觀測(cè)的波形進(jìn)行故障診斷或干擾排除，實(shí)時(shí)波形屬于時(shí)域分析。

3、諧波分析

　　諧波分析屬于頻域分析方法，是包含多種頻率成分的變頻電量的基本分析方法，通常采用傅里葉變換實(shí)現(xiàn)復(fù)雜信號(hào)的分解。

　　目前大部分功率分析儀諧波分析最大次數(shù)在100次以?xún)?nèi)，部分進(jìn)口功率分析儀可分析500次諧波。

　　實(shí)際上，對(duì)于電網(wǎng)諧波分析，50次就足夠了。而對(duì)于變頻器諧波分析儀，由于變頻器的基波頻率是變化的，且包含了高頻的諧波，諧波與基波的頻率比值可能達(dá)到2000以上，也就是諧波次數(shù)可能達(dá)到2000次甚至更高次（詳見(jiàn)“適用變頻器輸入輸出諧波檢測(cè)的諧波分析儀”）。

　　除了諧波檢測(cè)之外，基波也可以認(rèn)為特殊的諧波（一次諧波），常規(guī)測(cè)量中的基波有效值及基波相位也是通過(guò)傅里葉變換獲取。電能質(zhì)量分析中的各種表示諧波失真的特征值，也以傅里葉變換為基礎(chǔ)。

4、平均或積分功能

　　實(shí)際測(cè)量對(duì)象總是會(huì)出現(xiàn)不同程度的波動(dòng)，對(duì)于能效計(jì)量檢測(cè)等高精度試驗(yàn)，小的讀數(shù)誤差可能對(duì)結(jié)果造成較大的影響，為了獲取能夠代表波動(dòng)讀數(shù)的穩(wěn)定值，且穩(wěn)定值應(yīng)能夠代表實(shí)際信號(hào)的對(duì)結(jié)果的綜合影響。通常采取多點(diǎn)讀數(shù)求平均或積分求平均等數(shù)值處理方式。

　　WP4000變頻功率分析儀提供了滑動(dòng)平均、指數(shù)平均、智能平均（適合疊頻法等讀數(shù)波動(dòng)較大但是波動(dòng)有潛在規(guī)律的場(chǎng)合）等方式。還可通過(guò)設(shè)置更新時(shí)間獲取等同于積分平均的效果。

圖3 WP4000變頻功率分析儀記錄的異步電機(jī)疊頻法溫升試驗(yàn)的電壓、電流波形圖

5、采集與記錄

　　功率分析儀測(cè)試或計(jì)算的參數(shù)較多，采集速度快，采集和記錄幾乎是所有功率分析儀必備的功能之一。采集通常指實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)的記錄。而記錄通常指運(yùn)算完畢的特征值的記錄，記錄的數(shù)據(jù)量較小，采集的數(shù)據(jù)量很大。以6功率單元，250kHz采樣頻率計(jì)算，一秒重采集的基本數(shù)據(jù)高達(dá)12M字節(jié)，1G字節(jié)磁盤(pán)空間只能存儲(chǔ)80秒的數(shù)據(jù)。常規(guī)的4M、8M存儲(chǔ)深度的錄波儀等設(shè)備往往不能滿(mǎn)足存儲(chǔ)需要。

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