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自制变频器谐波检测仪

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  • 发布时间:2013/10/20 15:09:36
  • 作者:AnyWay中国

一、变频器谐波检测仪的硬件准备

  变频器谐波检测仪可以实现变频器输入输出电压、电流信号的谐波检测。

  准确采集变频器输入输出的电压、电流信号,是高性能变频器谐波检测仪首要环节。

  准确采集主要体现在以下几个方面:

  1、电压、电流传感器具有足够的带宽,确保信号在传感过程中不失真;

  2、信号调理电路具有足够的带宽,确保信号在调理过程中不失真;

  3、传感器和调理电路精度足够高,包括:零点漂移小,噪声小,共模抑制比高等等;

  4、带宽2倍以上的采样频率下高精度采样(AD转换)。

  根据变频器输入输出谐波的特点(详细请参见“适用变频器输入输出谐波检测的谐波分析仪”),确定变频器谐波检测仪的电压通带带宽为100kHz,电流通道带宽为30kHz。
  为了简化设计,采用DT213B型数字变送器
  DT数字变送器是一种高准确度、宽量程、宽频带的双通道电压、电流数字变送器。

  DT数字变送器将输入的电压和电流信号在变送器内部进行信号调理和高速采样,输出数字量通过光纤传输至上位机。上位机软件对数字信号进行相关运算处理后可提取被测信号的有效值、基波、谐波、频率等各种特征值,还可通过对两个通道的相关运算得到有功功率、无功功率、视在功率及各次谐波功率等电参量。

  DT213B数字变送器的主要技术指标如下:

  电压量程:1280V、640V、320V、160V、80V、40V、20V、10V共八个量程,采用自动无缝量程转换技术,可实现5V~1280V电压的等精度测量;

  电流量程:1.28A、640mA、320mA、160mA、80mA、40mA、20mA、10mA共八个量程,采用自动无缝量程转换技术,可实现4mA~1.28A电流的等精度测量;

  电压、电流测量精度:0.1%读数(5V~1280V、4mA~1.28A);

  采样频率:250kHz。

  DT213数字变送器可直接测量690V及以下变频器输入输出电压谐波。

  电流测量传感器推荐采用霍尔电流钳,电流钳的二次输出电流在4mA~1.28A范围之内均可。目前高精度的霍尔电流钳精度可达0.2级。

变频器谐波检测仪

图1 变频器谐波检测仪

  DT213数字变送器输出为数字量信号,通过光纤与DH2000数字主机相连,数字主机通过USB2.0接口与上位机相连。

二、变频器谐波检测仪的软件编制

  变频器谐波检测仪的数据处理在上位机实现。
  变频器谐波检测仪的数据处理主要是数字滤波和傅里叶变换。
  选择数字滤波器的类型和特征频率,可以实时查看变频器输出电压、电流的基波和各次谐波。
  准确的谐波分析主要通过傅里叶变换实现,对于基波测量,若精度要求较高时,推荐采用DFT算法。谐波测量由于运算量过大,推荐采用FFT算法。
  DH2000数字主机可以输出多种数据格式,可以兼容Matlab、LabViEW等软件所需的常用数据格式。
  用户可以自行采用Matlab、LabView等编制变频器谐波分析仪所需软件,也可采购湖南银河电气有限公司的DH2000数据采集系统相关软件子模块。
变频器谐波检测仪Matlab截图

图2 变频器谐波检测仪Matlab截图

三、变频器谐波检测仪的特点及应用

1、超强运算能力

  高性能的上位机的运算处理能力远远超过一般谐波分析仪的嵌入式微处理器。利用上位机超强的运算处理能力,变频器谐波检测仪可以根据需要分析100kHz带宽内的任意次谐波,例如:当变频器基波频率为0.1Hz,载波频率为2kHz时,为了分析6倍开关频率范围内的谐波,最高谐波次数达120,000次,一般的谐波分析仪是无法满足这样的需要的。

2、便携式分体结构,方便携带

  DT213数字变送器及电流钳均为小体积便携式,上位机可以采用便携式的笔记本电脑。

3、良好的电磁兼容性和操作安全性

  变频器谐波检测仪的测量前端与上位机之间采用光纤传输,不受电磁干扰的影响。

  注:DT213数字变送器直接接受1280V的高电压信号,电压通道一般不易受干扰。霍尔电流钳输出电流信号较小,使用时应尽量缩短DT213数字变送器与电流钳之间的连接线。

  变频器谐波检测仪的操作上位机与被测变频器无电气连接,可确保操作安全。

4、应用灵活,扩展性强

  DH2000数字主机最多可连接6个DT数字变送器,可实现6个电压、通道和6个电流通道的同时测量,除了实现变频器谐波分析仪功能之外,编制不同的上位机软件,可在同一个硬件平台上实现:变频功率分析仪、无纸记录仪、双通道示波器、电能质量分析仪等。