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进口高精度功率分析仪基本误差及精度大揭秘_捍卫国人权益!

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  • 发布时间:2013/11/3 15:31:23
  • 作者:AnyWay中国

  本文从基本误差与参比条件的角度对某进口高精度功率分析仪的实际精度进行了全面剖析,其中涉及精度标称的不同方法,旨在帮助消费者认清其真实性能,若不良商家以此类方法蒙蔽消费者,责任自负,与本文作者无关!

功率分析仪基本误差和参比条件的概念

  功率表、功率分析仪等电测量仪表的测量精度通常采用准确度等级表示,而准确度等级指数通常就是仪表的误差的百分数的分子。

  例如:0.2级功率表表示其误差不大于0.2%量程。

  电测量仪表的测量精度也常用下属方式表示:

  ±(0.5%读数+0.1%量程)

  上述两种方式都表示了仪表的基本误差。之所以称为基本误差,是因为仪表的误差并非一成不变,诸多因数都会影响仪表的测量误差。为了对仪表的误差进行量化,我们可以将仪表在多数情况下的使用条件作为量化仪表误差的条件,这时的误差称为基本误差,条件就称为参比条件

功率分析仪指标虚高实例分析

  某舰船电力推进电机试验时,电机采用变频器供电,变频器输出额定频率为12.5Hz,试验关注的频率范围为1Hz~15Hz,变频器载波频率为2kHz,试验需要测量变频器输出PWM的基波及谐波。

  试验采用某标称精度为0.02%的进口高精度功率分析仪,测量结果与设计值相差甚大,并且多次测量结果一致性较差。

  本文通过对其公布的技术资料进行分析,结合实际应用,对其在不同使用条件下的基本误差进行详细剖析。

01高精度功率分析仪宣称精度指标

  该进口高精度功率分析仪产品技术文档封面标称的精度指标如下:

某进口高精度功率分析仪精度大揭秘

图1 某进口高精度功率分析仪宣传精度

02工频正弦波时的精度指标

  按照字面意思,该进口高精度功率分析仪基本误差应不大于读数的0.02%。实际是不是如此呢?

  查看其详细技术指标,发现在下述参比条件下,该高精度功率分析仪可获得最小的基本误差和最高的测试精度。

  a、正弦波测试条件(非谐波模式)

  b、频率为45Hz~66Hz

  上述条件下,其基本误差为:读数的0.02%+量程的0.04%。若按照传统习惯,采用满量程误差作为仪器的基本误差,该仪器的基本误差为:量程的0.06% 。

  也就是说,商家先将指标进行分拆,再忽略(不能忽略),商家宣称的基本功率精度在任意条件下均不能成立,属于虚假指标!

进口高精度功率分析仪精度大揭秘第一步

图2 进口高精度功率分析仪基本误差及精度大揭秘第一步

  该功率分析仪在工频正弦波时可获得最佳精度和最小的基本误差,其基本误差为:量程的0.06%。

进口高精度功率分析仪精度大揭秘第二步

图3 进口高精度功率分析仪基本误差及精度大揭秘第二步

03试验频率及正弦波条件下的基本误差分析

  试验关注频率为1Hz~15Hz,而非45Hz~66Hz。

  查看其详细技术指标,该仪器在0.1Hz~30Hz范围内的基本功率精度为:读数的0.2%+量程的0.3%。其基本误差为:量程的0.5%。

进口高精度功率分析仪精度大揭秘第三步

图4 进口高精度功率分析仪基本误差及精度大揭秘第三步

04试验频率及非正弦波条件下的基本误差分析

  由于试验需要测量基波有效值,而被测量为非正弦量,需要采用谐波模式。

  查看其详细技术指标,谐波模式下,该仪器在0.1Hz~30Hz范围内的基本功率精度为:读数的0.25%+量程的0.4%。其基本误差为:量程的0.65%。

进口高精度功率分析仪精度大揭秘第四步

图5 进口高精度功率分析仪基本误差及精度大揭秘第四步

05实际试验条件下的基本误差分析

  分析其参比条件应包括:

  a、按照相关标准要求,测试仪器的带宽应高于载波频率的6倍,因此,仪器带宽应大于12kHz。

  b、测量基波需要采用傅里叶变换,采用交流数字采样完成,采样频率需满足采样定理的要求。

  该进口高精度功率分析仪采用交流数字采样方法测量,基波及谐波测量采用快速傅里叶变换,采样频率为基波频率的3000倍。

  由于最低基波频率为1Hz,采样频率为3kHz。

  而信号带宽远远高于3kHz,为了满足采样定理的要求,需开启截止频率低于1.5kHz的防混叠滤波器,该功率分析仪满足该条件的防混叠滤波器为500Hz,因此,必须开启500Hz的防混叠滤波器。

  在上述条件下,由于500Hz滤波器滤除了大部分的谐波,因此,该功率分析仪在该使用条件下,无法满足谐波检测的要求。

  此时,仪器的基本功率精度为:读数的1.4%+量程的0.4%。其基本误差为:量程的1.8%。

进口高精度功率分析仪精度大揭秘第五步

图6 进口高精度功率分析仪基本误差及精度大揭秘第五步

根据实际实际使用条件判断功率分析仪基本误差

  第二节分析的某进口高精度功率分析仪的五种基本误差标称方式中,除了封面宣传之外,在注明参比条件的情况下,都属于正确的标称方式。其意为在对应参比条件下,功率分析仪实际能够达到的基本误差指标。

  然而,即便是不考虑错误标称方式,最小基本误差为0.06%,最大误差为1.8%,最大基本误差和最小基本误差的差距整整30倍!这款功率分析仪的实际精度到底是多少呢?

  首先,确定能够囊括实际使用条件的所有参比条件,如果没有符合要求的参比条件,说明该功率分析仪在实际使用条件下,测量精度不可知!

  例1:永磁直驱风力发电机组试验中,考虑风机低速旋转时的风机及变流器性能,要求测量1Hz输出时的谐波。

  按照第二节的分析,谐波测量基本误差不可知!

  例2:永磁直驱发电机试验中,输出电压频率为1Hz~15Hz,有一定的谐波含量,要求准确测量基波。

  按照第二节的分析,应采用傅里叶变换的方式,但是,可以关闭防混叠滤波器,基波测量基本误差为0.65%。

  例3:例2中,不考虑谐波影响,只需测量真有效值。

  按照第二节的分析,测量基本误差为0.5%。

  例4:工频正弦波供电的电机试验,不考虑谐波影响,要求准确测量基波。

  按照第二节的分析,测量基本误差为0.06%。

实际使用条件与功率分析仪基本误差的参比条件的统一

  基本误差是反映测量仪器的测量精度的重要指标之一,是用户选择测量仪器的重要参考指标。

  传统交流电量测量仪器仪表,测量对象大多为工频正弦电量,工频和正弦成了默认的两大参比条件,基于工频正弦电量的测量方法也较简单且成熟,相关产品标准对标称仪器仪表基本误差的参比条件有明确的规定。基本误差对应的参比条件主要是温湿度、大气压等环境条件,对被测电量本身除了幅值和功率因数之外,几乎很难再提出其它的参比条件。

  因此,对于传统交流电量测量仪器仪表,用户往往不关心参比条件,也能得到与基本误差相当的实际测量精度,这是因为,大多数情况下,使用条件与参比条件本身已经高度统一。

  冠以高精度、宽频、宽频带、变频等前缀的功率分析仪,大多用于变频电量的测量与分析,是变频调速技术发展的产物,目前尚无相应的国家标准和行业标准对其参比条件作出明确的规定。

  这种情况下,了解实际使用条件及功率分析仪基本误差的参比条件,并确保功率分析仪基本误差对应的参比条件能够囊括实际使用条件,比追求片面的高精度指标更有意义!