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变频电量不仅仅是频率的变化

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  • 发布时间:2013/11/27 10:21:52
  • 作者:AnyWay中国

一、变频电量概述

  随着变频调速技术,新能源逆变并网技术等的发展,电力电子工程师们逐渐发现,测量、计量、控制、保护过程所面对的主要参量——电量已经发生了质的变化。
  我们称这种电量变频电量,除了变频器、逆变器等输出的电量之外,变频电量泛指一切以传输功率为目的的,频率覆盖范围较宽或频率成分较复杂的电量。

二、变频电量定义

  说到变频电量,人们最容易联想到的就是变频空调、变频器、变频恒压供水等。这类变频装置中的变频,是指基波频率可变。
  正因为如此,许多人认为,变频电量就是频率范围较宽。
  实际上,变频电量不仅仅发生在上述装置中,并且,即便是上述装置中的变频电量,基波频率变化仅仅是目的,就变频电量本身特点而言,变化的不仅仅是频率。
  下图为工频电量与常见变频器输出电量的波形对比图,由图可知,相比之下:
变频电量与传统工频正弦电量的区别
图1 变频电量不仅仅是频率的变化
  工频电量具有显著的规律,可以用简单的正弦或余弦函数表达,并且由于频率单一固定,测量或记录都非常简单、方便。
  图中所述变频电量,除了具备周期性之外,没有明显的规律可循。
  根据傅里叶变换原理,非正弦的周期信号可以分解为不同幅值、频率、相位的正弦信号的线性组合,并且,这些正弦波的频率均为信号频率(基波频率)的整数倍。这样,我们可以用系列幅值、频率、相位的量化数值来表征任意复杂的周期信号。
  从信号处理的角度看,任意非正弦周期电量的完整分析,目前主要处理手段都是基于傅里叶变换。
  因此,从测量仪器的角度出发,将非正弦电量全部归入变频电量。
  变频电量英文为:Variable Frequency Electrica,缩写为VFE。
  “测量用变频电量变送器”对变频电量定义如下:
  变频电量是指用于传输功率的,并且满足下述条件之一的交流电量。
  1、信号频谱仅包含一种频率成分,而频率不局限于工频的交流电信号。
  2、信号频谱包含两种或更多的被关注的频率成分的电信号。
  变频电量包括电压、电流以及电压电流引出的有功功率、无功功率、视在功率、有功电能、无功电能等。

三、变频电量特点

  1、变频电量包含丰富信息,占据较宽的频带;
  2、变频电量用于传递电能量,电压高,电流大;
  3、变频电量通常由变频器、整流器、开关电源直接产生或引起;
  4、变频电量的测量行为往往在复杂电磁环境下完成。

四、变频电量测量

  变频电量不仅仅是频率的变化,变频电量测量与计量,是一个全新的课题,变频电量对电参数测量仪器提出了全新的要求(参见“电参数测试仪面临的机遇与挑战”)!
  理论和实践证明:
  1、频率为50Hz、有效值为100V的PWM波,采用不同仪表,测量结果可在100~1000V甚至更宽的范围内变化!
  2、频率测量5%的误差,对于正弦电量的影响一般在0.01%之内,而对变频电量的影响可能达到100%。
  3、决定功率因数的相位差,不再有明确的物理意义!
  目前常用的变频电量测量仪器主要有各种变频功率分析仪、高精度功率分析仪、宽频带功率分析仪、电能质量分析仪、谐波检测仪等等。
变频电量测量仪器国家基准-WP4000变频功率分析仪
图2 变频电量测量仪器国家基准-WP4000变频功率分析仪
  湖南银河电气有限公司专业从事变频电量测量技术研究,是国家变频电量测量仪器计量站的创建单位及国家测量标准器的研制单位,其AnyWay系列变频电量测量仪器广泛应用于舰船电力推进、装甲电力牵引、轨道交通、电动汽车等电气传动系统,变频空调、变频冰箱、变频洗衣机等节能家电产品,变频器、电机、风机、水泵、电力变压器等电器产品,风力发电、光伏、燃料电池等新能源领域的并网逆变器,开关电源、电源适配器、荧光灯镇流器、LED照明等高效节能产品的检试验、能效评测及谐波检测。