一、電機(jī)功率表概述

　　節(jié)能減排已經(jīng)成了不可回避的問(wèn)題，國(guó)家十二五規(guī)劃中將節(jié)能減排提到了前所未有的高度。電機(jī)是用電量最大的耗電機(jī)械。有統(tǒng)計(jì)顯示，2011年，我國(guó)電機(jī)保有量約17億千瓦，總耗電量約3萬(wàn)億千瓦時(shí)，占全社會(huì)總用電量的64%，其中工業(yè)領(lǐng)域電機(jī)總用電量為2.6萬(wàn)億千瓦時(shí)，約占工業(yè)用電的75%。我國(guó)電機(jī)能效水平逐步提高，但總體仍然較低，平均水平比國(guó)外低3-5個(gè)百分點(diǎn)，低效電機(jī)造成用電浪費(fèi)。十二五規(guī)劃將電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能作為節(jié)能減排的一個(gè)重要方向，并且明確指出，研制高效電機(jī)、超高效電機(jī)、超超高效電機(jī)及采用變頻調(diào)速是電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能的重要途徑。
　　能效計(jì)量檢測(cè)是電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能的前提條件和技術(shù)基礎(chǔ)，并為節(jié)能增效提供評(píng)估手段。
　　電機(jī)功率表是電機(jī)系統(tǒng)能效計(jì)量檢測(cè)的主要電測(cè)量?jī)x表，電機(jī)功率表的精度直接影響能效計(jì)量檢測(cè)的精度。其主要功能是測(cè)量電動(dòng)機(jī)輸入或發(fā)電機(jī)輸出的電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參量。對(duì)于變頻器供電的電機(jī)，還需測(cè)量電壓基波有效值、電流基波有效值、基波功率等變頻電量，有時(shí)還需要測(cè)量相關(guān)的諧波電壓、諧波電流、諧波功率以及總諧波失真THD、總諧波因數(shù)THF、電壓諧波因數(shù)HVF、電流諧波因數(shù)HCF等諧波特征值。這類電機(jī)功率表需要較強(qiáng)的分析能力，且功能遠(yuǎn)比常規(guī)電機(jī)功率表復(fù)雜，因此，一般習(xí)慣稱為功率分析儀。依據(jù)被測(cè)參量不同及儀表的特點(diǎn)，也稱變頻功率分析儀、高精度功率分析儀、寬頻功率分析儀等。 

二、GB/T 1032對(duì)電機(jī)功率表等電測(cè)量?jī)x器的要求

　　《GB/T 1032-2012三相異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法》對(duì)電機(jī)功率表等電量測(cè)量?jī)x器及相關(guān)傳感器的要求如下（參見(jiàn)4.3測(cè)試儀器與測(cè)量要求）：

1、概述

　　大多數(shù)儀器的準(zhǔn)確度等級(jí)通常以滿量程的百分?jǐn)?shù)表示。因此，應(yīng)盡量按實(shí)際讀數(shù)的需要，選擇低量程儀表。

　　[AnyWay中國(guó)注]：本段所指的儀器應(yīng)當(dāng)包括一次儀器和二次儀器，一次儀器包括電壓、電流互感器或其它電壓、電流傳感器，二次儀器主要指電機(jī)功率表。原因是若傳感器的量程過(guò)大，除了傳感器本身輸出信號(hào)精度降低之外，還會(huì)因傳感器輸出信號(hào)過(guò)小而導(dǎo)致二次儀器的測(cè)量精度降低。
　　由于電機(jī)試驗(yàn)電壓、電流范圍較寬，單一的傳感器難于滿足精度要求。即便是某些傳感器的精度很高，當(dāng)被測(cè)信號(hào)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于額定信號(hào)時(shí)，其二次輸出信號(hào)很小，測(cè)量?jī)x器的信噪比、傳感器及儀表受干擾的影響均不能忽視。
　　因此，正確的做法是針對(duì)被測(cè)信號(hào)不同幅值，采用多個(gè)傳感器或采用多量程傳感器（多繞組互感器或Anyway變頻功率傳感器）分別滿足不同幅值電壓、電流的高精度測(cè)量。
　　傳感器的二次輸出量程應(yīng)與電機(jī)功率表等電測(cè)量?jī)x器的輸入量程匹配。某些電壓傳感器的二次輸出為電流信號(hào)，或電流傳感器的二次輸出為電壓信號(hào)時(shí)，量程匹配難度較大。因此，選購(gòu)電機(jī)功率表等測(cè)試設(shè)備時(shí)，應(yīng)綜合考慮電機(jī)功率表和傳感器的量程問(wèn)題。
　　影響儀器測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度的因素：
　　a) 信號(hào)源負(fù)載；
　　[AnyWay中國(guó)注]：采用電壓互感器或電流互感器時(shí)尤其重要。因?yàn)闇y(cè)量用電壓、電流互感器的的準(zhǔn)確度標(biāo)稱條件為額定二次負(fù)荷，現(xiàn)在使用的電機(jī)功率表大多為電子式儀表，輸入負(fù)荷非常?。娏魍ǖ垒斎胱杩狗浅５?，電壓通道測(cè)量阻抗非常高），因此，應(yīng)當(dāng)在二次儀器的輸入端串聯(lián)或并聯(lián)電阻對(duì)互感器的二次負(fù)荷進(jìn)行匹配。有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，互感器的二次負(fù)荷越小，互感器的精度越高，這種說(shuō)法對(duì)于測(cè)量用互感器而言，是不正確的。
　　《JJG_314-2010_測(cè)量用電壓互感器檢定規(guī)程》中明確規(guī)定：
　　測(cè)量用電壓互感器的二次負(fù)荷應(yīng)為額定二次負(fù)荷的25%～100%，只有額定二次負(fù)荷小于0.2VA的電壓互感器，其二次負(fù)荷的下限為0VA，可直接連接各類高輸入阻抗電機(jī)功率表，但不意味著二次負(fù)荷越小越好。
　　《JJG 313-2010 測(cè)量用電流互感器檢定規(guī)程》明確規(guī)定：
　　1、額定二次電流5A。額定二次負(fù)荷7.5VA及以下的互感器，下限負(fù)荷由制造廠規(guī)定；制造廠未規(guī)定下限負(fù)荷的，下限負(fù)荷為2.5VA。
　　2、額定負(fù)荷電阻小于0.2Ω的互感器，下限負(fù)荷為0.1Ω。
　　3、制造廠規(guī)定為固定負(fù)荷的互感器，在固定負(fù)荷的±10%范圍內(nèi)，比差及角差指標(biāo)應(yīng)滿足固定負(fù)荷時(shí)的指標(biāo)。
　　b) 引接線校正；
　　[AnyWay中國(guó)注]：定子的工頻磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子的低頻磁場(chǎng)，變頻器、整流器等非線性設(shè)備造成的高頻電磁場(chǎng)等充斥電機(jī)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，傳感器與電機(jī)功率表之間的連線是測(cè)量系統(tǒng)引入電磁干擾的重要傳播途徑，其電磁干擾的影響不可忽視。因此，電機(jī)功率表制造商應(yīng)對(duì)引接線的長(zhǎng)度及線材和線型等的要求。
　　對(duì)于采用互感器的電測(cè)量系統(tǒng)，GB/T20840.8-2007電子式電流互感器（IEC60044-8:2002）中對(duì)引接線的引入誤差的估計(jì)值為0.1%。
　　c) 儀器的量程、使用條件和校準(zhǔn)。
　　[AnyWay中國(guó)注]：電機(jī)功率表的量程應(yīng)根據(jù)被測(cè)信號(hào)選擇，一般應(yīng)控制被測(cè)信號(hào)幅值在量程（或保證精度的測(cè)量上限）的40~100%之間。
　　儀器的精度指標(biāo)使用條件有關(guān)，由于使用條件一般不易改變，應(yīng)通過(guò)選擇儀器，使其精度標(biāo)稱條件符合使用條件。標(biāo)稱精度高的電機(jī)功率表或傳感器在電機(jī)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)不一定能夠充分展現(xiàn)其性能指標(biāo)。
　　校準(zhǔn)包括出廠校準(zhǔn)和年度校準(zhǔn)。應(yīng)該選擇能夠提供檢定證書(shū)或校準(zhǔn)報(bào)告的儀器或系統(tǒng)，還需考慮采購(gòu)后的年度校準(zhǔn)，不能溯源（不能實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)）的精度指標(biāo)不能作為試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的依據(jù)。

2、電量測(cè)量?jī)x器

　　電量測(cè)量?jī)x器的準(zhǔn)確度等級(jí)應(yīng)不低于0.5級(jí)（兆歐表除外）。用低不確定度試驗(yàn)方法測(cè)定電機(jī)效率時(shí)，為保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性，儀器的準(zhǔn)確度等級(jí)應(yīng)不低于0.2級(jí)。
　　電子儀器是多用途的，與無(wú)源儀器（非電子式）相比，有非常大的輸入阻抗，無(wú)需因儀器自身?yè)p耗而修正讀數(shù)。但高輸入阻抗儀器對(duì)干擾更為敏感。應(yīng)依實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采取減少干擾的措施。
　　[AnyWay中國(guó)注]：電機(jī)鐵損是電機(jī)損耗的重要構(gòu)成部分，當(dāng)采用損耗分析法試驗(yàn)時(shí)，鐵損由空載試驗(yàn)功率等參數(shù)獲取，準(zhǔn)確測(cè)量電機(jī)空載功率至關(guān)重要。由于電機(jī)空載時(shí)的功率因數(shù)一般較低，因此，選購(gòu)電機(jī)功率表時(shí)，應(yīng)著重考核其低功率因數(shù)下的功率測(cè)量準(zhǔn)確度。

3、儀用互感器（或傳感器）

　　測(cè)量用儀用互感器的準(zhǔn)確度等級(jí)應(yīng)不低于0.2級(jí)。
　　[AnyWay中國(guó)注]：角差是互感器準(zhǔn)確度指標(biāo)的重要組成部分，是影響功率測(cè)量準(zhǔn)確度的主要因數(shù)之一（詳見(jiàn)銀河文庫(kù)《不同功率因數(shù)下相位誤差對(duì)功率測(cè)量準(zhǔn)確度的影響》）。然而，在變頻電機(jī)、變頻器、逆變器等的功率測(cè)量中，由于目前廣泛使用的霍爾電壓、電流傳感器一般不標(biāo)稱角差指標(biāo)，傳感器的角差指標(biāo)往往被忽視。
　　在選用各種電壓、電流傳感器時(shí)，應(yīng)盡可能要求廠家提供角差校準(zhǔn)證書(shū)或?qū)鞲衅魉椭翙?quán)威計(jì)量檢定部門進(jìn)行角差溯源。

4、電壓測(cè)量

　　測(cè)量端電壓的信號(hào)線應(yīng)接到電機(jī)繞組引出線端子，如現(xiàn)場(chǎng)不允許這樣連接，應(yīng)計(jì)算由此引起的誤差并對(duì)讀數(shù)作校正。應(yīng)同時(shí)測(cè)量端電壓Uuv、Uvw、Uwu，取其算術(shù)平均值計(jì)算電動(dòng)機(jī)的性能。
　　[AnyWay中國(guó)注]：如果測(cè)量的是相電壓，考慮到電機(jī)試驗(yàn)時(shí)，三相電壓不一定完全對(duì)稱，線電壓與相電壓不宜簡(jiǎn)單的按照根號(hào)3倍進(jìn)行換算，而應(yīng)采用線電壓的瞬時(shí)值為相電壓的瞬時(shí)值之差的原理，先求取線電壓的瞬時(shí)值，再對(duì)線電壓的瞬時(shí)值進(jìn)行方均根運(yùn)算求取有效值或進(jìn)行傅里葉變換求取基波有效值等。

5、電流測(cè)量

　　應(yīng)同時(shí)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的每相線電流，用三相線電流的算術(shù)平均值計(jì)算電動(dòng)機(jī)的性能。
　　使用電流互感器時(shí)，接入二次回路儀器的總阻抗（包括連接導(dǎo)線）應(yīng)不超過(guò)其額定阻抗值。
　　對(duì)I_N<5A的電動(dòng)機(jī)，除堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)外，不應(yīng)使用電流互感器。
　　[AnyWay中國(guó)注]：不應(yīng)使用電流互感器主要考慮到對(duì)于小電流的電機(jī)，通常功率較小，電流互感器的損耗不能忽略。隨著低功耗互感器技術(shù)的成熟與應(yīng)用，采用低功耗電流互感器可不受此限制，相反，由于互感器在一次與二次回路之間建立了良好的隔離，對(duì)于安全測(cè)量和抗干擾均有幫助。

6、功率測(cè)量

　　應(yīng)采用兩表（兩臺(tái)單相功率表）法測(cè)量三相電動(dòng)機(jī)的輸入功率，也可采用一臺(tái)三相功率表或三臺(tái)單相功率表測(cè)量輸入功率。功率表的電壓信號(hào)線應(yīng)接到繞組引出線端子。
　　如儀器儀表?yè)p耗影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，可按附錄A對(duì)儀器儀表?yè)p耗及其誤差進(jìn)行修正。

三、GB/T 22670對(duì)電機(jī)功率表等電測(cè)量?jī)x器的要求

　　《GB/T 22670-2008變頻器供電三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法》對(duì)電機(jī)功率表等電量測(cè)量?jī)x器及相關(guān)傳感器的要求如下（參見(jiàn)4.2測(cè)量?jī)x器）：
　　測(cè)量?jī)x器除應(yīng)滿足GB/T1032中的要求之外，當(dāng)由變頻器供電試驗(yàn)時(shí)，還應(yīng)符合下列要求：
　　應(yīng)使用測(cè)量電流、電壓有效值的儀表和有功功率表。尤其在輸入-輸出法中，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度取決于功率表、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速測(cè)試設(shè)備的準(zhǔn)確度。
　　考慮到諧波產(chǎn)生損耗的作用，應(yīng)仔細(xì)選擇測(cè)試設(shè)備，使其能在相應(yīng)頻率范圍內(nèi)有足夠的準(zhǔn)確度，以下是對(duì)互感器、傳感器以及分流電路等測(cè)試設(shè)備所要求的頻率范圍fr：
　　fr=10f1——對(duì)六階梯波變頻器
　　fr=6fp——對(duì)PWM變頻器，最高為100kHz
　　式中：
　　f1——最高額定頻率；
　　fp——最高脈沖頻率（載波頻率）。
　　對(duì)于六階梯波變頻器，普通的電動(dòng)式儀表即能滿足這些要求；對(duì)于PWM變頻器，必須使用寬頻段的設(shè)備，優(yōu)先使用帶AD變換器和數(shù)字式數(shù)據(jù)微處理機(jī)的電子式儀表。
　　注1：脈沖頻率高的場(chǎng)合不宜使用兩表法（Aron接法）。這是因有電容電流存在，輸入電流相量之和可能不為零。因此，應(yīng)采用每相用一個(gè)功率表的測(cè)量方法。
　　[AnyWay中國(guó)注]：當(dāng)電機(jī)中線未引出時(shí)，每相用一個(gè)功率表的方法不能實(shí)施。有人提出了采用三個(gè)等電阻或阻抗的元件連接成星形獲取虛擬中性點(diǎn)的方法。事實(shí)上，該方法對(duì)于功率測(cè)量而言，同樣沒(méi)有回避電容電流的影響。因此，更加準(zhǔn)確的說(shuō)法應(yīng)該是采用每相一個(gè)電流表的測(cè)量方法。詳見(jiàn)銀河文庫(kù)《淺談變頻電機(jī)試驗(yàn)的功率測(cè)量》。
　　注2：變頻器的輸出諧波及主要次數(shù)決定于調(diào)制方法。
　　注3：對(duì)常用的指示儀表，其準(zhǔn)確度是對(duì)標(biāo)稱頻率規(guī)定的（如對(duì)50hz～60Hz），而在其規(guī)定的上限頻率，其準(zhǔn)確度等級(jí)容許有附加誤差（如在1000Hz時(shí)為0.4%）。電子式測(cè)量?jī)x表通常均給出頻率范圍，指規(guī)定的上限頻率，所規(guī)定的準(zhǔn)確度既適用于50Hz或　　60Hz，也適用于規(guī)定的上限頻率。

四、GB 18613對(duì)電機(jī)功率表等電測(cè)量?jī)x器的要求

　　《GB 18613-2012中小型三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》對(duì)電機(jī)功率表等電量測(cè)量?jī)x器及相關(guān)傳感器的要求如下（參見(jiàn)）：
　　電動(dòng)機(jī)效率應(yīng)按GB/T1032中的B法——測(cè)量輸入輸出功率的損耗分析儀測(cè)量。
　　[AnyWay中國(guó)注]：在GB/T1032中規(guī)定B法為低不確定度試驗(yàn)方法，因此，按照GB/T1032的要求，為保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性，電機(jī)功率表的準(zhǔn)確度等級(jí)應(yīng)不低于0.2級(jí)。

---