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          三相功率測試儀器對比

          作者: 時間:2017-06-03 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          簡介

          本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/201706/346930.htm

          功率分析儀推出已有多年,且在各種應(yīng)用中廣泛使用,通常情況下,很多的設(shè)置和參數(shù)選擇會對測量結(jié)果 產(chǎn)生重大影響,或者說,有些傳統(tǒng)的功能,我們沒有完全理解清楚,本文檔簡要解釋 TeledyneLecroy 電 機(jī)驅(qū)動分析儀 (MDA) 的設(shè)置,以獲得同橫河功率分析儀一致的測試結(jié)果,并解釋在有些場景下測試結(jié)果 不同的原因。

          測試周期(“同步 ”)計算

          首先,對于正確的功率分析,必須確定所有功率計算發(fā)生的周期, TeledyneLecroy MDA 和橫河功率分析 儀都是使用 同步信號來確定測量周期,在這兩種設(shè)備中,同步信號都可以使用低通濾波器處理,以降低 錯誤周期出現(xiàn)的幾率,參照以下圖片︰

          對于近似正弦(如低失真)信號,這兩種儀器使用相同的低通濾波器截止設(shè)置都能找到同樣的測量周期, 然而 TeledyneLecroy MDA 能提供更廣泛的選擇, TeledyneLecroy 還能夠調(diào)整磁滯(區(qū)間),允許自定義控制軟件忽略干擾測量周期計算 的非單調(diào)性,這些在 MDA 軟件說明書中有詳細(xì)的說明,這種控制對有較高失真的信號(例如無刷直流六 步換向信號)或者由于高壓力和失效事件產(chǎn)生的高畸變信號非常有用。

          請注意 TeledyneLecroy 還允許顯示濾波后的同步信號,并與測量周期疊加,使同步信號 設(shè)置更容易被理解,請參見下圖(同步信號的疊加顯示在底部)。

          最后, TeledyneLecroy 將同步濾波器和磁滯設(shè)置作為數(shù)據(jù)采集后的軟件處理過程,然而 大多數(shù)功率分析儀是在數(shù)據(jù)采集過程中對波形應(yīng)用同步濾波器和磁滯設(shè)置,因此, TeledyneLecroy MDA 可以在采集波形后再對設(shè)置進(jìn)行更改,而這些在功率分析儀中通常是無法做到的,結(jié)合同步周期疊加,則 可以使用 MDA 的采集后處理來調(diào)節(jié)濾波器和磁滯設(shè)置以獲取最佳結(jié)果,無需放棄所獲得的數(shù)據(jù)并重新進(jìn) 行采集。

          視在功率公式

          在橫河的功率分析儀中,用戶可以通過在設(shè)置菜單中選擇下面的任意公式測量視在功率 (S):

          TeledyneLecroy 只提供 (Vrms*Irms) 視在功率的計算能力,如果需要對比橫河功率分析儀的功率值和 TeledyneLecroy MDA 的結(jié)果,須將功率分析儀上的視在功率計算方法設(shè)置為(Vrms*Irms)。

          三相(總)功率計算

          TeledyneLecroy 采用一種方法用于功率值的計算,而橫河提供三種不同的方法,并且返回不同的結(jié)果, 下面是 TeledyneLecroy 和橫河在單個功率周期計算功率的方法摘要---完整的公式化描述請參見各自的指 導(dǎo)手冊。需注意的是 , 下表假定橫河功率分析儀采用 (Vrms*Irms) 公式計算視在功率。

          對于完美的正弦(零失真)波形,是可以測量電壓和電流的正弦波之間的相角 φ 的。然而,當(dāng)波形有畸 變時(例如 PWM 驅(qū)動器輸出波形),是無法測量相角 φ 的,因此,TeledyneLecroy 方法或橫河的類 型 2 方法是明確的可以對于畸變波形的無功功率(和功率因數(shù)以及相角)產(chǎn)生準(zhǔn)確結(jié)果的唯一方法(對于 正弦波形兩者也能產(chǎn)生準(zhǔn)確的結(jié)果) 。 橫河功率分析儀在有諧波測量模式選項的型號上提供類型 3 方法,此選項似乎是使用 PLL 源從一個 PWM 信號定義基波信號,然后該儀器通過比較基波電壓和電流,以及通過 N 次諧波為基波和每次諧波確定的 功率確定相角,這和 TeledyneLecroy 提供的諧波濾波器設(shè)置值 = “基波”或者 “基波 + N”(見下 文)的結(jié)果類似,前提是橫河功率分析儀的硬件鎖相環(huán)能夠適應(yīng)采集窗口內(nèi)測量信號周期的任何變化。

          橫河的功率分析儀能夠準(zhǔn)確測量任何狀況下的有功功率,如果僅僅對有功功率計算感興趣,所有方法都是 合適的,但是為了準(zhǔn)確計算 S, Q,λ 和 φ,工程師必須從橫河功率分析儀中選擇正確的方法(如果多個方 法被提供)。 每一相功率計算 橫河的設(shè)備使用了和計算三相總體功率相同的公式計算每一相功率,但是一次只計算一相。 當(dāng)使用三相四線(三電壓三電流)連接方式測量 Line-Neutral 或者 Line-Reference 電壓時,橫河視在功 率 =(Vrms*Irms)的類型 2 測量方法和 TeledyneLecroy MDA 通常是一致的。 然而,如果采用 Line-Line 電壓測試方法,橫河功率分析儀測量出來的每相功率將會是不平衡的和錯誤 的,盡管三相總體功率是正確的,差異的原因如下:

          1. 橫河三相三線(三電壓,三電流)連線方式原本被作為兩瓦特計法設(shè)置定義,這對從三電壓和三電流轉(zhuǎn)換 為兩電壓和兩電流的測量是有好處的,功率分析儀無需重新連線。當(dāng)然這也意味著,在每相中, Line-Line 電壓和電流不能正確的相互關(guān)聯(lián)。參看圖 1(橫河)和圖 2(Teledyne LeCroy)

          2. TeledyneLecroy 的三相三線(三電壓,三電流)連線方式也是使用兩瓦特計法計算三相整體功率,但是 同時保持每相中正確的矢量關(guān)系,以此得到正確的每相功率, TeledyneLecroy 簡單的反轉(zhuǎn)一路電壓波形 計算三相總體功率

          3. 橫河設(shè)定的電壓關(guān)系對三相總體功率(有功功率、視在功率、無功功率)、相位角、功率因數(shù)都是沒有影 響的,這是由于他們連線設(shè)置中電壓和電流的矢量關(guān)系對于用來計算總體功率的兩瓦特計算法是正確 的 。

          4. 這兩種設(shè)備都可以支持 Line-Line 到 Line-Neutral 的轉(zhuǎn)換(橫河稱之為 delta-star 轉(zhuǎn)換,這是一個需要額 外購買的選項), TeledyneLecroy 的 MDA 在轉(zhuǎn)換時會計算出每相的 P, S, Q, λ 和 φ,橫河的功率分析儀 僅能計算出 P。

          橫河連線設(shè)置的實(shí)際影響是電壓電流對都有不同的相位關(guān)系(這將導(dǎo)致錯誤的每相功率計算),如下實(shí)際 三相采集所示

          帶有和不帶有 Line-Line 到 Line-neutral(Delta-Star)的計算結(jié)果分別如下所示:

          靜態(tài) VS.動態(tài)

          橫河功率分析儀計算小段采集時間(幾個周期)的平均值,存在一個提高平均值刷新率的選項,但是它還 是計算所定義的時間段或者多個周期的平均值,同步信號是通過 FPGA 上的 PLL 電路決定的,依賴于 PLL 環(huán)路帶寬,它對寬幅變化的速度的鎖定能力有限,通常,對于具有緩慢變化測量同步周期的穩(wěn)態(tài)信 號,這是沒有實(shí)際限制的,所以,橫河的功率分析儀非常適合測試穩(wěn)態(tài)下的平均功率(恒定負(fù)載、扭矩、 速度等)。

          TeledyneLecroy 的 MDA 可以采集一小段數(shù)據(jù)計算平均功率,顯示在一個表格中,如前所述,同步周期是 用軟件算法確定的,同時,由于沒有功率分析儀的限制,它也可以在動態(tài)條件下進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。 如果負(fù)載是動態(tài)的,功率分析儀很可能不能提供有意義的結(jié)果,首先,確定在簡單、靜態(tài)、穩(wěn)態(tài)負(fù)載條件 下的關(guān)系,然后嘗試動態(tài)下的關(guān)系,如果在動態(tài)條件下,結(jié)果沒有相關(guān)性,這可能是由于功率分析儀無法 準(zhǔn)確地確定或者驗(yàn)證同步信號,而這些對 TeledyneLecroy MDA 是沒有限制的。

          總結(jié)

          我們很容易將橫河功率分析儀和 TeledyneLecroy MDA 放在一起對比,TeledyneLecroy 提供了更多的直 觀反饋,特別是在準(zhǔn)確確定測量同步信號上,這對準(zhǔn)確測量功率至關(guān)重要,在某些狀況下,橫河的功率分 析儀不同的設(shè)置或者連線方式導(dǎo)致不同的結(jié)果,一旦工程師理解其中的本質(zhì),就會更容易理解這些結(jié)果出 現(xiàn)的原因。



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