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唯一一款标称全局精度的宽频带高精度功率分析仪

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  • 发布时间:2013/10/4 22:24:11
  • 作者:AnyWay中国

一、前言

  20世纪80年代中后期,变频调速技术进入实用阶段,步入21世纪,大部分城市都已经实现恒压供水,变频恒压供水不但水压稳定,并且能起到显著的节能作用。如今,变频空调、变频冰箱、变频洗衣机等使用变频调速技术的新型家电开始走进千家万户,因其启动平稳、高效节能等特点广大消费者的青睐。此外,风电、光伏、燃料电池等新能源产业也与变频器/变流器技术密切相关。

  不论是变频调速还是新能源,都在围绕一个共同的主题:节能环保

  上述产品在节能的同时,还引出了另外一个问题,那就是增加了电网的谐波污染,因此,相关产品一般都有或正在制定的关于谐波发射限值的标准。

  能效计量及谐波检测是变频节能的前提条件和技术基础,并为变频节能增效提供评估手段。

  变频节能产品输入或输出的电参量一般为变频电量,一方面频率可变,另一方面还包含丰富的谐波,电信号频谱远远比50Hz的工频电量复杂。其对能效计量和谐波检测的测试设备的技术要求也大大提高了。

  目前,变频电量的能效计量和谐波检测的主要产品为各种宽频带高精度功率分析仪以及宽频带的变频电量传感器

二、宽频带高精度功率分析仪精度标称混乱

  电工仪表通常采用准确度等级标称精度。例如:0.2级电压表在适用范围及整个量程范围内,其误差的绝对值应小于量程的0.2%,在满量程处,其相对误差为读数的0.2%。

  有了统一的精度标称,就可以很方便的了解测试产品的精度指标。例如:0.2级的仪表的精度比0.5级的高。

  然而,目前的宽频带高精度功率分析仪精度标称方式缺没有这么简单。

1、断章取义的精度标称方式

  例如,两款进口宽频带高精度功率分析仪的精度标称如下:

  A:基本精度:0.02%读数

  B:基本精度:±0.05%

  首先,两款仪器的精度标称方式均不规范,而不规范的原因,并非不知道规范,而是有意掩盖仪表的真实性能。(注:电工仪表规范的精度标称方式,请参见高精度功率分析仪基本误差探讨

  其次,表面看,前者的精度比后者高。

  实际情况是,后者的精度更高,原因是前者的实际精度为0.02%rd+0.04%fs,但是在标称时省略了后面的"+0.04%fs"。详细请阅读“进口功率分析仪的十大欺骗手法

2、单点精度代替全局精度

  仍以上述A型进口宽频带高精度功率分析仪为例,其0.06%的精度仅仅在45~66Hz正弦波时成立,而在0.1Hz~400Hz这一变频电机常用频段范围之内,其最低精度达1.8%。图1为配置C型功率单元的WP4000变频功率分析仪与上述标称0.02%读数精度的宽频带高精度功率分析仪在宽频范围内、正弦波和PWM波测量时的不同基波频率下的准确度指标对比。

WP4000变频功率分析仪与某进口宽频带高精度功率分析仪的精度对比图

图1、WP4000变频功率分析仪与某进口宽频带高精度功率分析仪的精度对比图

3、带宽指标模糊

  上述A型进口宽频带高精度功率分析仪的标称带宽为1MHz,而对于变频电量测量至关重要的傅里叶频谱带宽仅为50kHz,仅为1MHz标称带宽的1/20。

4、未明确低功率因数下的功率精度

  对于变频电量而言,即便是基波功率因数很高,其谐波的功率因数一般也较低,并且在变频电机、大型电力变压器等的损耗测量中,低功率因数下的功率测量精度至关重要。但是,目前大部分仪器未标称角差指标或低功率因数下的功率测量精度。

三、AnyWay坚持标称全局精度

  所谓全局精度,是指在仪器的适用范围内,宽频带高精度功率分析仪均能满足标称的精度指标。

  变频电量具有频率范围宽、频谱成分复杂、幅值范围宽、可能面临很低功率因数等特点。

  中国计量科学研究院首席科学家陆祖良先生考察指导银河电气的ATITAN变频功率标准源项目时,曾经说,变频电量的功率测量精度,按照目前的水平,就算是1级,只要能确定,都是一种伟大的进步!

  湖南银河电气有限公司在长期从事各种电机试验站的过程中,深刻的体会到宽频带高精度功率分析仪等变频电量测量仪器全局精度的重要性。

  目前,国内大部分变频电量测量仪器的用户对变频电量测量的基础知识匮乏,不能正确理解仪器仪表的技术指标。银河电气AnyWay系列宽频带高精度功率分析仪(WP4000变频功率分析仪等)始终坚持全局精度的标称方式,目的就是在适用范围内,均能为用户提供值得信赖的数据;而不是在每种不同的工况下都需要经过复杂的精度换算才能知道或者根本无法知道测量精度。

  以采用C型功率单元的WP4000变频功率分析仪为例,其精度指标如下:

  DC,0.1Hz~400Hz范围之内,电压在0.75%~150%额定范围之内,电流在1%~200%额定范围之内,电压、电流精度为读数的0.2%;

  上述条件下,功率因数为1时,功率测量精度为0.2%;

  功率因数在0.2~1范围之内时,功率测量精度为0.5%;

  功率因数在0.05~0.2范围之内时,功率测量精度为1%;

  当然,并非所有场合都需要这么宽的适用范围。例如,作为标准计量器具时,有时我们并不需要很宽的适用范围,但是,需要很高的精度指标。

  银河电气推出的专业作为变频电量测量仪器校准检定使用的AP系列变频功率标准表,采用了下述精度标称方式:

  DC,0.1Hz~1500Hz范围之内,功率因数等于1时,电压、电流精度为0.01%rd+0.02%fs,功率精度为0.02%rd+0.03%fs。

  注:50Hz时,角差限值为0.03°,1500Hz时,角差限值为0.5°,不同功率因数下的功率测量精度可依此换算。

四、展望

  2012年8月,湖南银河电气有限公司与湖南省计量检测研究院及国防科技大学联合研制的ATITAN变频功率标准源通过国家质检总局和湖南省科技厅组织的成果鉴定,其全局精度达到0.05级。

  2013年5月,国家质检总局批文成立国家变频电量测量仪器计量站,授权承担全国范围内变频电量测量仪器设备检定、测试任务。

  国家变频电量测量仪器计量站起草的测量用变频电量变送器、变频电量分析仪等产品标准及检定规程正在报批阶段。

  国家变频电量测量仪器计量站将于2014年7月前全面启动变频电量测量仪器的对外计量检定服务,宽频带高精度功率分析仪等变频电量测量仪器将逐步纳入标准体系,其精度标称方式将有法可依,其量值溯源和量值传递将逐步趋于规范。