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自制高精度三相功率计

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  • 发布时间:2015/10/14 15:51:18
  • 作者:量值溯源

三相功率计

  三相功率计是我们在三相交流电路测试中常用到的一种测试仪器,用于测量三相电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数等参数,主要应用在电力公司、供电部门、家电、化工、变频器生产企业等场合。由于其体积小,功能强大,使用起来非常便捷。市面上各种品牌、各种功能的三相功率计也多的让人眼花缭乱,不知该如何选择。其实如果您了解其构成及测量原理,完全可以利用身边的一些设备自制一款简易的三相功率计,用于日常测试。

三相功率计组成单元

  一般的三相功率计基本上都是由电量采集单元、A/D转换单元、运算及显示单元三部分构成。

01电量采集单元

  电量采集单元主要将被测电压、电流信号变换为调理电路能接受的模拟量信号,模拟量信号经传输线路传输至信号调理电路后变换为A/D单元能接受的模拟量信号。

02A/D转换单元

  A/D转换单元根据系统提供的采样时钟,对模拟量信号进行交流数字采样,获得样本序列,将模拟量信号转换为数字信号,并将数字信号输入数字信号处理部件。

03运算及显示单元

  运算及显示单元接收A/D转换单元传输的数字信号,进行电压、电流真有效值、有功功率、无功功率、功率因数等参量的运算,再将运算结果通过显示单元显示于人机界面。

构建三相功率计

  以三瓦计法测量三相功率为例,1套三相功率计需要三个电量采集单元(电量采集单元配备一路电压测量通道和一路电流测量通道),以湖南银河电气有限公司研制的DM系列电量测试子站作为电量采集单元,该电量采集单元改变传统测量方式,采用独特的前端数字化处理技术,将电量采集、信号调理与A/D转换单元集成于一体,电量采集单元输出为数字信号,改变原有的模拟量传输方式,利用光纤作为传输媒介,避免传输过程中引入电磁干扰和信号衰减,极大提高了功率计的电磁兼容性能和测量精度。

  被测对象接入电量采集单元,转换为数字信号输出,数字信号通过光纤传输至运算及显示单元,进行各种特征值的运算和显示。其测量方式示意如下图1所示:

采用前端数字化技术的电量采集单元

图1 采用前端数字化技术的电量采集单元

  电量采集单元输出的数字信号通过光纤与上位机(PC)进行通讯,由于上位机不具备光纤接口,因此需要使用一个OPC232光纤转换器,将光纤信号转换为RS232电平信号,与上位机进行通讯接口,上位机安装配套的功率计软件,即可显示三个电量采集单元测量的所有参数。构建好的三相功率计如下图2所示:

利用DM电量测试子站构建的三相功率计

图2 利用DM电量测试子站构建的三相功率计

三相功率计功能及指标验证

01功能验证

  通过以上方式构建的高精度三相功率计接入三相电路中进行实际测试验证,配合相应的上位机软件,可实现如下功能:

  可测量交流回路的电压、电流有效值、频率、有功功率、无功功率、视在功率等参量;

  通过线路图设置同步测量三个独立的单相交流回路的电参数;

  通过线路图设置同步测量一个三相三线制或三相四线制交流回路的电参数(三瓦计法);

  计算三相电压、电流的三相不平衡度,正序分量、负序分量、零序分量等特征值;

  采用数字积分法计算单相及三相点的电能,积分时间可任意设置;

  可绘制每一个参数的趋势曲线。

02技术指标

  通过标准源法(正弦波),对该三相功率计的测量能力及误差进行评定,评估结果如下:

  电压准确测试范围:4V~1000V,电流准确测试范围:25mA~6A;

  频率准确测试范围:5Hz~400Hz,功率因数准确测试范围:0.2~1;

  电压测量精度:0.2%rd,电流测量精度:0.2%rd;

  频率测量精度:0.1%rd,功率测量精度:0.5%rd。

结语

  通过几个简单的部件,我们很容易就构建了一套高精度的三相功率计,其准确测试范围宽,电磁兼容性强,功能强大,构成简单,携带方便,在日常的三相电路测量中非常实用,大家都可以来试试哦!