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横河功率分析仪的校准平均值真的可以替代基波有效值吗?

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  • 发布时间:2014/3/7 10:15:25
  • 作者:银河电气

问题:
 


  横河功率分析仪技术资料中“变频器电压测量讨论”中,提到了有一种比FFT变换更合适的适用变频器电压基波有效值测量的方法。
在变频器电压测量中,平均整流有效值真的可以替代基波有效值吗?
  在变频器电压测量中,平均整流有效值真的可以替代基波有效值吗?

解答:
 

MEAN值的含义

  MEAN值也称校准平均值修正平均值,这里的平均值指绝对值的平均值,在测量中可将交流电压、电流整流后通过积分器获取。所谓校准是指当被测量为标准正弦波时,将上述平均值乘以一个系数,使其等于正弦波的有效值。

MEAN值是传统交流测量方法

  值得一提的是,横河功率分析仪技术资料中提到的MEAN值测量方法,并非横河功率分析仪特有,更不是横河发明的。如果换一个说法,您或许更熟悉,那就是均值检波法。
  均值检波法和峰值检波法是绝大部分老式交流电压表、万用表及功率表或功率计所采用的测量方法(详见“功率表及功率分析仪工作原理及区别”和“均值检波、峰值检波及方均根检波电路原理及区别” 。相比之下,均值检波法应用更广,上述采用均值检波法和峰值检波法的仪表正在逐步被方均根检波法和基于交流采样的FFT算法所替代。

MEAN值的合理性

  横河功率分析仪技术资料中说到的FFT算法不实用有一定的道理。
  第一,实际测量中,被测信号的基波频率随时会发生变化,FFT算法要求采样频率为基波频率的2的N次幂倍,这是很难做到的。为了解决这个问题,我们可以用没有2的N次幂倍的要求的DFT算法。虽然DFT算法的运算速度远远低于FFT算法,但是,在计算机技术高速发展的今天,这已经不是问题。
  第二,不论是FFT还是DFT,严格讲都只适用于周期信号,对于非周期变化的,且变化较快的信号,采用MEAN值法确实更为有效。

变频器电压测量中MEAN值的局限性

  从MEAN值的定义中,可以看出,MEAN值可以用于替代标准正弦波的有效值的测量。由于标准正弦波不含谐波,其有效值也等于其基波分量的有效值(简称基波有效值)。
  在变频器电压测量中,MEAN值有另外的含义,MEAN值不再等于被测电压的有效值,但是,特定条件下,MEAN值等于被测电压的基波有效值。
  所谓特定条件,是指资料中所说的疑似正弦波为正弦调制的PWM波(SPWM),且载波比足够大时。
  在且仅在上述两种情况下(理论上还可以构建一些特殊波形,使其基波有效值等于MEAN值,但是实际测量中基本遇不到),MEAN值在数值上等于被测信号的基波有效值,测量中可以用于替代基波有效值。
  早期的变频器多数采用正弦调制,现在的变频器的调制方式越来越多,用户往往不能确认其变频器是否采用正弦调制方式,MEAN值用于变频器电压测量的局限性越来越大。
  MEAN值也不适用于畸变波形的测量,如:被谐波污染的电网电压,变频器输入电流,电机或变压器空载输入电流等等。

结论

  综上所述,横河功率分析仪所述的MEAN值在有一定的存在价值,但是,无论如何,当我们需要的是基波有效值的时候,直接测量基波有效值还是有必要的。当选购横河功率分析仪用于测量变频器输出电量时,建议购买其谐波测量选件(/G6选件)。
兼顾校准平均值(MEAN值)和基波有效值测量方法的WP4000变频功率分析仪
  银河电气的WP4000变频功率分析仪将基波有效值(h01)和MEAN值及RMS值都作为基本的、必备测量手段,仪器无需购买任何选件,即可实现上述所有测量方法。

  作者:AnyWay中国
  湖南银河电气有限公司(http://www.vfe.cc/