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被遗忘的角差溯源

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  • 发布时间:2014/3/9 11:19:48
  • 作者:银河电气

一个真实的故事

  国内某著名电机企业出口奥地利的牵引电机,在奥地利某公司做试验时,被告知送检电机不合格!

  该企业专家在无意中发现依据对方的试验数据,可以推算出电机效率大于1这一明显违背客观规律的结论。既然如此,其它的数据同样不能作为判断该电机不合格的依据。该专家据理力争,算是双方扯平(算是不辱使命)!

  你不要说我的电机不合格,同样,我也不说你的测试系统不合格!

  事实上,电机合不合格是值得讨论的。毋庸置疑的是:该测试系统一定是不合格的!

  而该测试系统的功率分析仪和传感器,都是经过严格溯源的,为什么会不合格呢?其中的奥妙就在于传感器的角差指标!

  因为,当时,国内外并无可对该类传感器进行角差溯源的计量检定机构!

  此次经历,让该企业对电机试验测试系统的重要性有了新的认识,对该企业后来整改电机试验系统有很大的帮助!


被遗忘的角差溯源

  在电压互感器和电流互感器中,一次信号与二次信号之间的相位差,习惯称为角差。角差是电压互感器和电流互感器非常重要的技术指标。

  互感器主要用于不含高次谐波的工频电量测试,对于变频电机、变频器、逆变器、整流器、变流器等电气设备的变频电量测试,互感器已经不能胜任,目前应用最广的是霍尔电压传感器霍尔电流传感器

  在霍尔电压传感器霍尔电流传感器中,我们很少听到角差的概念。事实上,包括LEM公司在内,目前几乎所有生产的霍尔电压、电流传感器均未标称角差指标。

  没提到不代表不重要!

  事实上,在变频电量测量中,传感器的角差指标比互感器角差指标更为重要!

  因为,电压互感器和电流互感器的主要应用场合是电力系统,而众所周知,在电力系统中,功率因数被限定在一定的范围之内(通常要求在0.85以上),而角差对功率测量的影响的规律是:功率因数越高,影响越小(详见:不同功率因数下角差对功率测量准确度的影响 )。

  在变压器、电机、变流器等产品的检试验中,却有大量的试验是在低功率因数下进行的。例如:变压器的空载试验和堵转试验是大型电力变压器的最主要的试验;电机空载试验是确定电机效率的主要试验;为了减小能量消耗,变频器的负载试验在额定电流和极低功率因数下进行,而此时的有功功率,就代表变频器在额定状态下的损耗。

  变压器和电机属于传统产品,其试验方法也相对成熟,因此,早就有专业针对低功率因数下功率测量的仪表:低功率因数功率表(也称低功率因数瓦特表)。然而,很少有人注意的是,低功率因数下,采用低功率因数功率表只解决了一部分问题。若电压互感器和电流互感器的角差指标得不到控制,功率测量准确度同样没有保障。

  而在变频电量测量领域,仪表是新的(冠上各种头衔的功率分析仪),传感器是新的(主要是霍尔电压传感器和霍尔电流传感器),大家似乎都忘了还有角差这个概念!


角差溯源与整体溯源

  忘了不代表不重要!忽视客观存在是要付出代价的!

  然而,霍尔电压传感器、霍尔电流传感器等变频电量传感器目前尚未颁布相关检定规程或校准方法,其角差溯源无公认的有效的方法,角差指标不易评价。

  那么,有没有变通方法呢?

  方法是有的!

  角差溯源有困难!功率却是可以溯源的!我们关心角差是因为我们要控制低功率因数下的功率测量准确度

  我们不妨将整个测试系统在低功率因数下进行校准,而不管具体某个元件的角差指标、只要系统在全功率因数范围内都能准确测量,就说明系统的综合角差是满足测试需要的。

  上述溯源方法称之为整体溯源整体溯源不但可以跳过某些中间环节溯源难的问题,还可以提供更具指导意义的精度指标——系统精度

  然而,整体溯源也存在不足之处:

  构成系统的某个部件损坏或更换都可能影响系统精度指标!

  为了解决这个问题,银河电气的解决思路是:将可能影响系统精度的部件全部集成在一个装置内。

  SP系列变频功率传感器就是通过下述方法实现了上述设计思路的一种新型的变频电量传感器

  1、将变频电压传感器和变频电流传感器组合为变频功率传感器。

  2、在变频功率传感器内部实现测量,直接输出数字信号(前端数字化),接收、处理、显示测量结果的二次仪表只进行数字量的运算,不影响测量精度。

  而按照上述设计思路实现的SP系列变频功率传感器,具有下述特点和优势:

  1、易于溯源,并且是整体溯源,传感器精度决定系统精度!

  2、前端数字化产品大大增强了电磁兼容能力,易于实现复杂电磁环境下的高精度测量。

  3、变频电压传感器和变频电流传感器组合之后,原先的电压传感器、电流传感器和功率表三处相位补偿变成了只需要电压和电流的相位差的相位补偿,补偿环节减少了,角差指标更容易控制,提高了低功率因数下的功率测量准确度。


总结

  2014年7月,国家变频电量测量仪器计量站即通过国家验收,并开展对外检定服务,该计量站作为国内唯一的变频电量一级专业计量站,可对各种变频电量变送器、变频电量传感器及变频电量分析仪等变频电量测量仪器进行严格的角差溯源。

  霍尔电压传感器和霍尔电流传感器早期主要用于控制测量,只对电压和电流的测量精度负责,厂家未对影响功率测量的角差指标进行控制和补偿,也未对角差进行标定。当我们把这类传感器用于功率测量,尤其是低功率因数下的功率测量时,一定要采用有效的方法对传感器或系统的角差进行验证,最有效的办法就是让厂家对角差指标进行标定并提供角差溯源证书或通过整体溯源的方式提供可替代角差溯源的系统校准证书。


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