浅谈功率测量

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  随着控制技术的发展,电压、电流的调制信号得到更广泛的应用。如果信号带有较高的谐波含量,传统的有功方法将难以精确测量,本文基于功率分析仪的有功功率测量原理,结合在变频器领域的测量应用进行简单介绍。

一、最常用的有功功率测量方法

  1、相位法

  通过相位测量电路测量电压、电流的相位差,再根据正弦电路有功功率计算公式P=UIcosφ计算出有功功率。

  由于有功功率计算公式P=UIcosφ是在正弦电路技术上推导出来的,该方法只适用于正弦电路的有功功率测量。

  另外,由于相位测量电路通常采用过零检测法,而交流电零点附近不可避免会有一定的毛刺,因此,相位测量精度较低。在低功率因数下的功率测量准确度亦较低。

  2、模拟乘法器法

  采用模拟乘法器获取电压、电流的乘积,得到瞬时功率,再用固定的时间对瞬时功率进行积分,即可获得瞬时功率的平均值,也就是有功功率。该方法适用任意波形电量的有功功率测量。

  二、功率分析仪的主要工作原理

  以功率分析仪PA8000为例,测量的基本原理如下:

  

 

  功率分析仪采样电流和电压信号

  功率分析仪的每个测量通道,对输入的电流或者电压信号进行采样,对采样得到的数据按照特定公式计算得到结果。

  

 

  其中u(n)为更新周期内采集的电压信号数据(瞬时数据),i(n)为更新周期内采集的电流信号数据(瞬时数据),u(n)和i(n)为同一时刻的采样数据。

  三、有功功率的测量方法在变频器的应用

  变频器的主电路一般为“交—直—交”组成,在整流回路中接有大电容,输入电流的波形不是正弦波;在逆变输出回路中,输出电压信号时受PWM载波信号调整的波形,即输入输出都不是标准的正弦波,有较多的高次谐波含量。

  变频器典型的输入测波形如下:

  

 

  对输入测得有功率,传统的计算公式为:

  P=Urms*Irms*cosφ

  其中P为有功功率;Urms为电压有效值;Irms为电流有效值;φ为电压电流夹角。

  但是,变频器的输入电流含有高次谐波,很难测量出相位角,PA8000功率分析仪采用数字采用方法,即模拟乘法器法,对指定的有效周期内获取的瞬时电压、电流的乘积,再用固定的时间对瞬时功率进行积分,即可获得瞬时功率的平均值,也就是有功功率,如下图:

  

 

  同样,对变频器的输出侧,电压是频率可调的载波信号,含有较多的高次谐波,如下图:

  

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