為什么說DT數(shù)字變送器是萬用型電量變送器？
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- 發(fā)布時(shí)間：2014/4/1 9:54:36
- 作者：AnyWay中國
一、傳統(tǒng)工頻正弦電量變送器
傳統(tǒng)電量變送器通常針對單一特征值而設(shè)計(jì)。例如：電壓變送器、電流變送器、功率因數(shù)變送器、有功功率變送器、無功功率變送器等等。其中，電壓變送器和電流變送器依據(jù)測量原理和適用范圍的不同，又可分為有效值變送器和真有效值變送器。
也有些變送器可同時(shí)輸出多個(gè)特征值，例如：某些功率變送器可同時(shí)輸出電壓有效值、電流有效值、有功功率和功率因數(shù)等等，這類電量變送器被稱為多參數(shù)電量變送器。
對于傳統(tǒng)工頻正弦交流電參量，上述變送器基本可以滿足各類需求。原因是工頻正弦電參量可以采用單一的或有限的特征值描述。
圖1. 傳統(tǒng)電量變送器
例如：對于正弦電壓信號，可以用下述公式唯一描述：
U(t)= √2Usin(2πft+θ)
由公式可知，正弦電壓信號可以由U（有效值）、f（頻率）和θ（初始相位）三個(gè)參數(shù)唯一決定，由于這些參數(shù)可以用于描述信號的特征，我們稱其為信號特征值。
對于工頻正弦電壓信號而言，頻率f固定為50Hz（某些國家為60Hz）。而對于單個(gè)信號而言，初始相位θ僅僅與起始參考時(shí)刻有關(guān)，沒有實(shí)際意義。因此，只需要電壓有效值一個(gè)特征值即可完整描述該信號。
類似的，工頻正弦電流信號只需要電流有效值一個(gè)特征值即可描述。
當(dāng)存在多個(gè)信號時(shí)，為了明確兩個(gè)信號之間的相位關(guān)系，相位差φ是有意義的。
電壓、電流的相位差取余弦就是功率因數(shù)。而功率因數(shù)與電壓有效值和電流有效值的乘積就是有功功率。
因此，在工頻正弦交流電參量測試中，我們只需要非常有限的幾個(gè)特征值，就可以完整的了解被測電參量。一般只需要電壓變送器、電流變送器和功率因數(shù)變送器即可滿足測試需要。
對于非工頻正弦電量，只需要增加一個(gè)頻率變送器即可。
二、傳統(tǒng)電量變送器面臨的挑戰(zhàn)
然而，隨著電力電子技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)、新能源技術(shù)和高效電源技術(shù)等的高速發(fā)展，電子工程師需要面對的電參量發(fā)生了根本性的變化！
這類電量，可能是非工頻的正弦電量，也可能是工頻的非正弦電量，甚至可能是非工頻的非正弦電量。由于這類電量通常與變頻器有關(guān)，我們稱其為
變頻電量。對于非工頻的正弦電量，如前所述，仍然可以采用少量的特征值表述。但是，由于頻率變化范圍較寬，對于低頻段或高頻段，對電量變送器器件特征及電路原理都提出了不同的要求。
而對于非正弦的變頻電量，由于沒有嚴(yán)格的規(guī)律可循，很難用少量的特征值進(jìn)行統(tǒng)一的描述。也就很難用傳統(tǒng)的電量變送器進(jìn)行全面的測量分析。
圖2. 非正弦電量難以用傳統(tǒng)電量變送器測量其全部特征值
三、非正弦電量變送器
對于非正弦電量，我們可以用
諧波失真或波形畸變率描述其偏離正弦的程度，因此，出現(xiàn)了諧波失真變送器。由于諧波失真變送器實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜，成本較高，對于要求不高的場合，也有用
峰值因數(shù)變送器判斷被測電量偏離正弦的程度。因?yàn)檎也ǖ姆逯狄驍?shù)是已知的，如果被測電量的峰值因數(shù)與正弦波的峰值因數(shù)偏離較大，我們可以認(rèn)為被測電量的諧波失真較大。類似原理，還有一種方法就是用基于
均值檢波和
峰值檢波的兩種有效值變送器對同一電量進(jìn)行測量，若測量結(jié)果偏差較大，認(rèn)為諧波失真較大。
如果我們還希望知道被測變頻電量的包含哪些諧波、這些諧波的幅值和相位分別為多少的時(shí)候，比如說，我們希望了解被測變頻電量的前100次諧波的幅值和相位時(shí)，需要用200個(gè)特征值描述。這時(shí)候，如果我們還希望采用一個(gè)變送器輸出一個(gè)或多個(gè)特征值的電量變送器，先不談實(shí)現(xiàn)難度，系統(tǒng)的復(fù)雜程度都會(huì)讓你望而生畏！
我們需要另辟蹊徑！
仔細(xì)分析傳統(tǒng)的電量變送器，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)這些變送器都有下述共同特點(diǎn)！
1、輸出是方便測量的直流電量，一路輸出只能代表一個(gè)特征值！
并且，這類特征值一般是某種形式的平均值。比如說：
均值檢波法的有效值變送器是一段時(shí)間內(nèi)（一般要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單個(gè)信號周期）信號幅值的絕對值的平均值再乘以一個(gè)固定的系數(shù)。真有效值變送器輸出是一段時(shí)間內(nèi)信號幅值的平方和求平均后再開方。
2、輸出信息一般少于輸入信息。
比如說：真有效值電壓變送器，輸出除了真有效值這一特征值之外，其余特征值全部丟失了！
理論上，對于特征值可以窮舉的電量，我們可以用上述電量變送器逐一還原其特征值。
實(shí)際應(yīng)用中，對于特征值較少的正弦電量，采用窮舉的方法是合適的。當(dāng)特征值超過一定數(shù)量時(shí)，這種窮舉的方法必然帶來成本過高的結(jié)果！
實(shí)際上，對于變頻電量，如果針對某一特定電量，其特征值也是有限的。至少，其基本特征值往往是有限的。而其它很多特征值，可以通過基本特征值進(jìn)行簡單運(yùn)算獲取。但是，由于變頻電量沒有固定的規(guī)律，作為較為通用的變頻電量變送器，需要針對各種不同的變頻電量進(jìn)行測量時(shí)，這種特征值是不能窮舉的！
而對于特征值不能窮舉的電量，我們該如何做呢？
筆者認(rèn)為，下述方法是可以接受的！
列出部分關(guān)注頻度較高的特征值，同時(shí)，保留被測信號的全部信息，需要時(shí)候采用其它方法獲取未列舉的特征值。
四、DT數(shù)字變送器
上述思路，正是DT數(shù)字變送器的設(shè)計(jì)理念！
圖3、DT數(shù)字變送器是一種萬用型電量變送器
DT數(shù)字變送器通過高速交流數(shù)字采樣獲取可以代表被測有限帶寬變頻電量全部信息的數(shù)字樣本序列。該樣本序列保留了被測信號的全部信號。
DT數(shù)字變送器輸出數(shù)字信號經(jīng)過光纖及DH2000數(shù)字主機(jī)傳輸至上位機(jī)，上位機(jī)通用軟件依據(jù)樣本序列計(jì)算出關(guān)注頻度較高的特征值。專用軟件和定制軟件或用戶自編程軟件依據(jù)樣本序列運(yùn)算出需要的任意特征值。
DT數(shù)字變送器、DH2000數(shù)字主機(jī)及通用上位機(jī)軟件構(gòu)成的系統(tǒng)，稱為DH2000數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，而采用各種專用軟件構(gòu)成的系統(tǒng)，依據(jù)特征值種類可以分為：
1、真有效值電壓表、真有效值電流表、相位表、相序表、功率因數(shù)表等常用儀表；
2、零序電流表、開口三角電壓表、相敏指零儀、選頻電壓表、選頻電流表等專用儀表；
3、諧波檢測儀、電能質(zhì)量分析儀等高端儀器。
4、不能窮舉的可替代各種電量變送器的特征值儀表。
綜上所述，DT數(shù)字變送器輸出信號為包含輸入信號全部信息的完整樣本序列，通過計(jì)算機(jī)運(yùn)算即可獲取被測電量的任意特征值，屬于多參數(shù)電量變送器，更是一種萬用型電量變送器。
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