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电机功率表技术指标_解读GBT1032等国家标准

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  • 发布时间:2013/10/1 11:42:53
  • 作者:AnyWay中国

一、电机功率表概述

  电机功率表节能减排已经成了不可回避的问题,国家十二五规划中将节能减排提到了前所未有的高度。电机是用电量最大的耗电机械。有统计显示,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,但总体仍然较低,平均水平比国外低3-5个百分点,低效电机造成用电浪费。十二五规划将电机系统节能作为节能减排的一个重要方向,并且明确指出,研制高效电机、超高效电机、超超高效电机及采用变频调速是电机系统节能的重要途径。
  能效计量检测是电机系统节能的前提条件和技术基础,并为节能增效提供评估手段。
  电机功率表是电机系统能效计量检测的主要电测量仪表,电机功率表的精度直接影响能效计量检测的精度。其主要功能是测量电动机输入或发电机输出的电压、电流、功率、功率因数等电参量。对于变频器供电的电机,还需测量电压基波有效值、电流基波有效值、基波功率等变频电量,有时还需要测量相关的谐波电压、谐波电流、谐波功率以及总谐波失真THD、总谐波因数THF、电压谐波因数HVF、电流谐波因数HCF等谐波特征值。这类电机功率表需要较强的分析能力,且功能远比常规电机功率表复杂,因此,一般习惯称为功率分析仪。依据被测参量不同及仪表的特点,也称变频功率分析仪、高精度功率分析仪、宽频功率分析仪等。 

二、GB/T 1032对电机功率表等电测量仪器的要求

  《GB/T 1032-2012三相异步电动机试验方法》对电机功率表等电量测量仪器及相关传感器的要求如下(参见4.3测试仪器与测量要求):

1、概述

  大多数仪器的准确度等级通常以满量程的百分数表示。因此,应尽量按实际读数的需要,选择低量程仪表。

  [AnyWay中国注]:本段所指的仪器应当包括一次仪器和二次仪器,一次仪器包括电压、电流互感器或其它电压、电流传感器,二次仪器主要指电机功率表。原因是若传感器的量程过大,除了传感器本身输出信号精度降低之外,还会因传感器输出信号过小而导致二次仪器的测量精度降低。
  由于电机试验电压、电流范围较宽,单一的传感器难于满足精度要求。即便是某些传感器的精度很高,当被测信号远远小于额定信号时,其二次输出信号很小,测量仪器的信噪比、传感器及仪表受干扰的影响均不能忽视。
  因此,正确的做法是针对被测信号不同幅值,采用多个传感器或采用多量程传感器(多绕组互感器或Anyway变频功率传感器)分别满足不同幅值电压、电流的高精度测量。
  传感器的二次输出量程应与电机功率表等电测量仪器的输入量程匹配。某些电压传感器的二次输出为电流信号,或电流传感器的二次输出为电压信号时,量程匹配难度较大。因此,选购电机功率表等测试设备时,应综合考虑电机功率表和传感器的量程问题。
  影响仪器测量结果准确度的因素:
  a) 信号源负载;
  [AnyWay中国注]:采用电压互感器或电流互感器时尤其重要。因为测量用电压、电流互感器的的准确度标称条件为额定二次负荷,现在使用的电机功率表大多为电子式仪表,输入负荷非常小(电流通道输入阻抗非常低,电压通道测量阻抗非常高),因此,应当在二次仪器的输入端串联或并联电阻对互感器的二次负荷进行匹配。有一种观点认为,互感器的二次负荷越小,互感器的精度越高,这种说法对于测量用互感器而言,是不正确的。
  《JJG_314-2010_测量用电压互感器检定规程》中明确规定:
  测量用电压互感器的二次负荷应为额定二次负荷的25%~100%,只有额定二次负荷小于0.2VA的电压互感器,其二次负荷的下限为0VA,可直接连接各类高输入阻抗电机功率表,但不意味着二次负荷越小越好。
  《JJG 313-2010 测量用电流互感器检定规程》明确规定:
  1、额定二次电流5A。额定二次负荷7.5VA及以下的互感器,下限负荷由制造厂规定;制造厂未规定下限负荷的,下限负荷为2.5VA。
  2、额定负荷电阻小于0.2Ω的互感器,下限负荷为0.1Ω。
  3、制造厂规定为固定负荷的互感器,在固定负荷的±10%范围内,比差及角差指标应满足固定负荷时的指标。
  b) 引接线校正;
  [AnyWay中国注]:定子的工频磁场,转子的低频磁场,变频器、整流器等非线性设备造成的高频电磁场等充斥电机试验现场,传感器与电机功率表之间的连线是测量系统引入电磁干扰的重要传播途径,其电磁干扰的影响不可忽视。因此,电机功率表制造商应对引接线的长度及线材和线型等的要求。
  对于采用互感器的电测量系统,GB/T20840.8-2007电子式电流互感器(IEC60044-8:2002)中对引接线的引入误差的估计值为0.1%。
  c) 仪器的量程、使用条件和校准。
  [AnyWay中国注]:电机功率表的量程应根据被测信号选择,一般应控制被测信号幅值在量程(或保证精度的测量上限)的40~100%之间。
  仪器的精度指标使用条件有关,由于使用条件一般不易改变,应通过选择仪器,使其精度标称条件符合使用条件。标称精度高的电机功率表或传感器在电机试验现场不一定能够充分展现其性能指标。
  校准包括出厂校准和年度校准。应该选择能够提供检定证书或校准报告的仪器或系统,还需考虑采购后的年度校准,不能溯源(不能实现校准)的精度指标不能作为试验结果准确性的依据。

2、电量测量仪器

  电量测量仪器的准确度等级应不低于0.5级(兆欧表除外)。用低不确定度试验方法测定电机效率时,为保证试验结果的准确性和重复性,仪器的准确度等级应不低于0.2级。
  电子仪器是多用途的,与无源仪器(非电子式)相比,有非常大的输入阻抗,无需因仪器自身损耗而修正读数。但高输入阻抗仪器对干扰更为敏感。应依实践经验,采取减少干扰的措施。
  [AnyWay中国注]:电机铁损是电机损耗的重要构成部分,当采用损耗分析法试验时,铁损由空载试验功率等参数获取,准确测量电机空载功率至关重要。由于电机空载时的功率因数一般较低,因此,选购电机功率表时,应着重考核其低功率因数下的功率测量准确度。

3、仪用互感器(或传感器)

  测量用仪用互感器的准确度等级应不低于0.2级。
  [AnyWay中国注]:角差是互感器准确度指标的重要组成部分,是影响功率测量准确度的主要因数之一(详见银河文库《不同功率因数下相位误差对功率测量准确度的影响》)。然而,在变频电机、变频器、逆变器等的功率测量中,由于目前广泛使用的霍尔电压、电流传感器一般不标称角差指标,传感器的角差指标往往被忽视。
  在选用各种电压、电流传感器时,应尽可能要求厂家提供角差校准证书或将传感器送至权威计量检定部门进行角差溯源。

4、电压测量

  测量端电压的信号线应接到电机绕组引出线端子,如现场不允许这样连接,应计算由此引起的误差并对读数作校正。应同时测量端电压Uuv、Uvw、Uwu,取其算术平均值计算电动机的性能。
  [AnyWay中国注]:如果测量的是相电压,考虑到电机试验时,三相电压不一定完全对称,线电压与相电压不宜简单的按照根号3倍进行换算,而应采用线电压的瞬时值为相电压的瞬时值之差的原理,先求取线电压的瞬时值,再对线电压的瞬时值进行方均根运算求取有效值或进行傅里叶变换求取基波有效值等。

5、电流测量

  应同时测量电动机的每相线电流,用三相线电流的算术平均值计算电动机的性能。
  使用电流互感器时,接入二次回路仪器的总阻抗(包括连接导线)应不超过其额定阻抗值。
  对IN<5A的电动机,除堵转试验外,不应使用电流互感器。
  [AnyWay中国注]:不应使用电流互感器主要考虑到对于小电流的电机,通常功率较小,电流互感器的损耗不能忽略。随着低功耗互感器技术的成熟与应用,采用低功耗电流互感器可不受此限制,相反,由于互感器在一次与二次回路之间建立了良好的隔离,对于安全测量和抗干扰均有帮助。

6、功率测量

  应采用两表(两台单相功率表)法测量三相电动机的输入功率,也可采用一台三相功率表或三台单相功率表测量输入功率。功率表的电压信号线应接到绕组引出线端子。
  如仪器仪表损耗影响试验结果的准确性,可按附录A对仪器仪表损耗及其误差进行修正。

三、GB/T 22670对电机功率表等电测量仪器的要求

  《GB/T 22670-2008变频器供电三相笼型感应电动机试验方法》对电机功率表等电量测量仪器及相关传感器的要求如下(参见4.2测量仪器):
  测量仪器除应满足GB/T1032中的要求之外,当由变频器供电试验时,还应符合下列要求:
  应使用测量电流、电压有效值的仪表和有功功率表。尤其在输入-输出法中,测量结果的准确度取决于功率表、转矩和转速测试设备的准确度。
  考虑到谐波产生损耗的作用,应仔细选择测试设备,使其能在相应频率范围内有足够的准确度,以下是对互感器、传感器以及分流电路等测试设备所要求的频率范围fr:
  fr=10f1——对六阶梯波变频器
  fr=6fp——对PWM变频器,最高为100kHz
  式中:
  f1——最高额定频率;
  fp——最高脉冲频率(载波频率)。
  对于六阶梯波变频器,普通的电动式仪表即能满足这些要求;对于PWM变频器,必须使用宽频段的设备,优先使用带AD变换器和数字式数据微处理机的电子式仪表。
  注1:脉冲频率高的场合不宜使用两表法(Aron接法)。这是因有电容电流存在,输入电流相量之和可能不为零。因此,应采用每相用一个功率表的测量方法。
  [AnyWay中国注]:当电机中线未引出时,每相用一个功率表的方法不能实施。有人提出了采用三个等电阻或阻抗的元件连接成星形获取虚拟中性点的方法。事实上,该方法对于功率测量而言,同样没有回避电容电流的影响。因此,更加准确的说法应该是采用每相一个电流表的测量方法。详见银河文库《浅谈变频电机试验的功率测量》。
  注2:变频器的输出谐波及主要次数决定于调制方法。
  注3:对常用的指示仪表,其准确度是对标称频率规定的(如对50hz~60Hz),而在其规定的上限频率,其准确度等级容许有附加误差(如在1000Hz时为0.4%)。电子式测量仪表通常均给出频率范围,指规定的上限频率,所规定的准确度既适用于50Hz或  60Hz,也适用于规定的上限频率。

四、GB 18613对电机功率表等电测量仪器的要求

  《GB 18613-2012中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》对电机功率表等电量测量仪器及相关传感器的要求如下(参见):
  电动机效率应按GB/T1032中的B法——测量输入输出功率的损耗分析仪测量。
  [AnyWay中国注]:在GB/T1032中规定B法为低不确定度试验方法,因此,按照GB/T1032的要求,为保证试验结果的准确性和重复性,电机功率表的准确度等级应不低于0.2级。