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WP4000变频功率分析仪在变频电量测量中的应用

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  • 发布时间:2015/6/5 17:24:12
  • 作者:银河电气

变频节能技术的发展与现状

  电机是风机、泵、压缩机、机床、传输带等各种设备的驱动装置,广泛应用于冶金、石化、化工、煤炭、建材、公用设施等多个行业和领域,是用电量最大的耗电机械。据统计测算,2011年,我国电机保有量约17亿千瓦,总耗电量约3万亿千瓦时,占全社会总用电量的64%,其中工业领域电机总用电量为2.6万亿千瓦时,约占工业用电的75%。我国电机能效水平逐步提高,但总体能效水平仍然较低。

  由此电机及电机系统节能是节能减排的重要组成部分,而变频调速是电机系统节能的重要途径。电机能效提升计划(2013-2015)将变频调速技术作为电机系统节能改造技术指南中的关键技术之一,变频调速技术用风机、水泵的流量调节,节能可达10~50%。

  随着变频调速技术节能上优势以及政策的大力扶持,变频调速技术已深入我们生活的每个角落,变频空调、冰箱、洗衣机等家用电器,工业机器人、自动化出版设备、加工工具、传输设备、电梯、压缩机、轧钢、风机泵类、电动汽车、起重设备及其它领域中都得到广泛应用。

  但是变频调速高速发展的同时,人们对变频电量测量技术的认识还远远不够。

什么是变频电量

  变频电量是指用于传输功率的、信号频谱包含两种或更多的被关注的频率成分、或包含一种频率成分,但频率不局限于工频的交流电信号。变频电量包括电压、电流以及电压电流引出的有功功率、无功功率、视在功率、有功电能、无功电能等。

  说到变频电量,人们最容易联想到的就是变频空调、变频器、变频恒压供水等。这类变频装置中的变频,是指基波频率可变。

  正因为如此,许多人认为,变频电量就是频率范围较宽。

  实际上,变频电量不仅仅发生在上述装置中,并且,即便是上述装置中的变频电量,基波频率变化仅仅是目的,就变频电量本身特点而言,变化的不仅仅是频率。

  变频电量不仅仅是频率的变化,变频电量测量与计量,是一个全新的课题,变频电量对电参数测量仪器提出了全新的要求(参见“电参数测试仪面临的机遇与挑战”)!

  理论和实践证明:

  1、频率为50Hz、有效值为100V的PWM波,采用不同仪表,测量结果可在100~1000V甚至更宽的范围内变化!

  2、频率测量5%的误差,对于正弦电量的影响一般在0.01%之内,而对变频电量的影响可能达到100%。

  3、决定功率因数的相位差,不再有明确的物理意义!

WP4000变频功率分析仪在变频电量测量中应用

  WP4000变频功率分析仪是一款适用于变压器、整流器、逆变器、变频器等各类变流器及电机、电器产品的检试验、能效评测及谐波分析的宽频带、高精度功率分析仪,是电力电子技术、变频调速技术和新能源技术高速发展的必然产物和健康持续发展的重要基础仪器,是变频电量测量仪器国家计量基准的原型。

WP4000变频功率分析仪

01WP4000变频功率分析仪的特点

  1. 前端数字化使WP4000在复杂电磁环境下仍可提供可信赖的数据

  电磁能的广泛应用,使工业技术的发展日新月异。电磁能在为人类创造巨大财富的同时,也带来一定的危害。

  电磁环境日益复杂,良好的电磁兼容性是仪器仪表精度得以体现的前提。WP4000变频功率分析仪采用前端数字化技术,由数字量输出的变频电量变送器和数字量输入的数字主机及传输数字信号的光纤构成,前端数字化与光纤传输完全避免了复杂电磁环境下传输环节本身的衰减和干扰,同时截断了传感器的最重要的干扰传播途径,增强了传感器和系统的电磁兼容性能。

  2. 首创的大仪器技术

  WP4000变频功率分析仪采用独有的大仪器技术,将变频电量变送器与数字主机通过光纤传输实现有机的完美整合变频电量变送器可实现100μV~15kV电压、100μA~7kA电流,及功率等参量的直接测量。

  3. 唯一标称系统精度的功率分析仪

  常规功率测试系统由功率分析仪、电压传感器、电流传感器、辅助电源及传输线路等部件构成。各个部件的精度及各个部件的匹配度都会对系统精度造成影响。系统精度是目标精度

  部件精度犹如木桶效应中一块木板的长度,最低精度的部件对系统精度起到决定性作用,最高精度的部件在系统中无用武之地。

  WP4000变频功率分析仪采用前端数字化技术,传输光纤和数字主机,不会引入误差,变频电量变送器的精度就是系统精度。唯一标称全局精度的变频功率分析仪全局精度是指在仪器的适用范围内,变频功率分析仪均能满足标称的精度指标。部分进口高精度功率分析仪采用最佳精度点的精度作为标称精度,同时标称了很宽的适用范围,标称精度与适用范围脱节。下图为采用A型变频电量变送器的WP4000变频功率分析仪与某进口高精度功率分析仪的实际精度对比图。

精度对比图

  4. 唯一标称相对精度的变频功率分析仪

  几乎所有仪表的精度指标都是反映引用误差,精度指标只有在满量程时有效,即精度与量程是不可分割的一个整体。

  判断测量结果是否准确,关心的是相对误差。

  例如:仪表量程为15kV,精度为0.1%,我们并不能由此判断测量结果是否准确:

  若被测量为15kV,测量精度为0.1%; 若被测量为1500V,测量精度为1%;

  若被测量为150V,测量精度为10%; 若被测量为75V,测量精度为20%。

  WP4000的变频电量变送器内置8个可自动无缝转换的量程,15kV量程的功率单元测量75V~15kV的精度均为0.1%!

02WP4000变频功率分析仪的主要功能

  1. 数字功率计

  WP4000变频功率分析仪依据所选用的线路图,可在主界面上直接显示与线路图对应的相关参数,并对每个参数以习惯名称命名。电压、电流参数根据需要可选择显示真有效值rms、基波有效值h01、算术平均值avg、校准平均值mean等,功率根据需要可选择显示总有功功率Pavg,基波有功功率Ph01。默认状态下,分析仪启用自动无缝量程转换,并在被测参量右侧显示当前使用的档位。

  2. 电能质量分析仪

  计算设定时间内的频率稳定度、幅值稳定度、总谐波失真THD、总谐波因数THF、电压谐波因数HVF、电流谐波因数HCF等电能特征值。采用对称分量法计算正序分量、负序分量、零序分量。依据国标、IEEE、NEMA、CIGRE等标准计算三相不平衡度等参数。可方便的判断变压器、变频器等各种变流器及电机试验台的试验电源是否符合相关标准要求。

  3. 实时示波器

  WP4000变频功率分析仪的示波器功能采用固定采样率的实时采样技术,避免了变采样率示波器测量高带宽、低基波频率PWM波形时因采样频率过低造成混叠失真及等效采样示波器不能准确测量非周期波形等问题,可完整查看低至0.1Hz的PWM波形。WP4000变频功率分析仪可在电机、变压器、变频器及各类变流器的电参量测试中替代专业示波器,且无需考虑探头量程问题。

  4. 谐波检测仪

  WP4000变频功率分析仪采用高性能双核嵌入式CPU模块,内存大,运算速度快,可在250kHz的采样频率下,实现0.1Hz基波频率SPWM波形的DFT变换。确保了采样频率与信号频率的同步,保证谐波分析结果的正确性与准确性。仪器可直接显示100次谐波,通过扩展的上位机软件,可实现2000次(不大于100kHz)谐波实时运算。WP4000变频功率分析仪可替代各种谐波分析仪,特别适用变频器输出的SPWM波形的谐波分析。

  5. 无纸记录仪

  WP4000变频功率分析仪设置了截屏与采集功能。截屏功能相当于照相机,每按下一次,记录一次屏幕快照。采集功能则记录所有通道的瞬时采样数据和运算的各种稳态特征值。截屏和采集以文件方式记录在外部连接的存储器上或系统设置的存储目录下。存储容量取决于连接的存储设备(分析仪内置150GB硬盘),几乎不受限制,彻底解决了常规无纸记录仪存储容量较小,不能满足长时间记录的问题。