手把手教您DIY便攜式功率分析儀

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發(fā)布時間：2013/10/30 22:27:33
作者：AnyWay中國

　　變頻電量具有頻帶寬，諧波含量豐富，波形復(fù)雜等特點(diǎn)，適用于變頻電量測量的各種寬頻帶功率分析儀大多體積較大、價格昂貴，且不能滿足一些特殊的需要，本文手把手教您如何針對需求DIY各種便攜式功率分析儀。

一便攜式功率分析儀測量元件

　　便攜式功率分析儀的測量元件主要用于測量電壓、電流及功率，按照習(xí)慣本文稱為功率單元。

　　便攜式功率分析儀的功率單元采用湖南銀河電氣有限公司研制的DT系列數(shù)字變送器，每臺變送器具有兩個電量輸入通道。采用前端數(shù)字化技術(shù)，輸入電量在內(nèi)部完成高速交流采樣，采樣結(jié)果通過光纖上傳至DH2000數(shù)字主機(jī)。

　　DT數(shù)字變送器根據(jù)被測電量的量程分為多種型號，其中128V/1.28A及以下的變送器只有煙盒大小。

　　DT數(shù)字變送器的兩個通道可以靈活配置，即可配置為一路電壓和一路電流，也可配置為兩路電壓或兩路電流。并且電壓或電流通道的量程均有多種選擇。此外，DT數(shù)字變送器對于每個通道的電量均按照模擬量和脈沖頻率量兩種方式同時進(jìn)行測量。這樣的配置使DT數(shù)字變送器的具有非常靈活的應(yīng)用：

　　1、DT數(shù)字變送器用于功率測量時，電壓通道既可直接測量1280V以下的電壓，也可與各種電壓輸出型或電流輸出型的電壓傳感器相連；同理，電流通道既可直接測量128A以下的電流，也可與各種電流輸出型或電壓輸出型的電流傳感器相連。例如，不同配置可以與電壓互感器、電流互感器、霍爾電壓傳感器（輸出可能是電壓或電流信號）、霍爾電流傳感器（輸出可能是電壓或電流信號）、分壓器、分流器（輸出電壓信號）、羅氏線圈（一般輸出電壓信號）等各種電量傳感器配套測量更高的電壓和更大的電流。

　　2、DT數(shù)字變送器兩個通道均配置為電壓輸入時，根據(jù)基爾霍夫電壓定律，可以用于三相電壓測量。

　　3、DT數(shù)字變送器兩個通道均配置為電流輸入時，根據(jù)基爾霍夫電流定律，可以用于三相電流測量。

　　4、DT數(shù)字變送器兩個通道采用相同配置時，可利用微差測量法對各種傳感器進(jìn)行高精度檢定/校準(zhǔn)。

　　5、寬范圍測量能力和可選的多種量程，使DT數(shù)字變送器幾乎可以與任意電量或非電量的傳感器相連進(jìn)行測量。例如，利用其雙通道特點(diǎn)，可以一個通道連接熱電偶輸出，另一個通道連接熱電偶冷端補(bǔ)償輸出，實(shí)現(xiàn)熱電偶的精確測量。

　　6、DT數(shù)字變送器的脈沖頻率測量功能使其可以與各種脈沖頻率輸出傳感器相連進(jìn)行時間頻率信號的測量。例如，與扭矩傳感器相連，一個通道用于測量扭矩，一個通道用于測量轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)電機(jī)輸出功率的測量。

圖1 便攜式功率分析儀的測量元件_DT數(shù)字變送器

　　注：詳細(xì)內(nèi)容請參見：DT系列數(shù)字變送器

二便攜式功率分析儀數(shù)據(jù)采集器

　　便攜式功率分析儀數(shù)據(jù)采集器采用湖南銀河電氣有限公司研制的DH2000數(shù)字主機(jī)。

　　DH2000數(shù)字主機(jī)是一款基于前端數(shù)字化技術(shù)的虛擬儀器的高速數(shù)據(jù)采集器，支持瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)采集與管理。

　　作為虛擬儀器的高速數(shù)據(jù)采集器，DH2000數(shù)字主機(jī)是虛擬儀器系統(tǒng)的重要組成部分，是功率單元與上位機(jī)之間的橋梁。

　　DH2000數(shù)字主機(jī)根據(jù)最大連接功率單元數(shù)量分為DH200-2、DH2000-4和DH2000-6三種型號，分別可連接2、4、6個功率單元。數(shù)字主機(jī)通過USB2.0接口連接上位機(jī)。

　　DT2000-2型數(shù)字主機(jī)只有煙盒大小。

圖2 便攜式功率分析儀數(shù)據(jù)采集器_DH2000-6數(shù)字主機(jī)

　　注：詳細(xì)內(nèi)容請參見：DH2000數(shù)字主機(jī)

三便攜式功率分析儀的硬件準(zhǔn)備

1確定功率單元的型號和數(shù)量

　　便攜式功率分析儀大多場合需要與電壓、電流傳感器配套使用。

　　如果主要用于變頻器或變頻電機(jī)測量，由于變頻電量傳感器大多輸出電壓較低，輸出電流較小，推薦采用25.6V/1.28A的DT233數(shù)字變送器。

　　如果考慮要與電磁式電壓、電流互感器配套測量，推薦采用128V/6.4A的DT222數(shù)字變送器。

　　如果主要用于低壓變頻器或變頻電機(jī)的測試，推薦采用1280V/6.4A的DT212數(shù)字變送器，電壓測量無需外接傳感器。

　　作為便攜式功率分析儀，通常需要同時觀測的測點(diǎn)不會太多，對于一般的諧波分析用途，一個變送器即可。對于三相變頻器或電機(jī)，可采用兩個變送器。

　　如果需要同時測量電機(jī)的輸入功率和輸出功率，可采用兩個變送器測量三相輸入功率，一個變送器測量扭矩和轉(zhuǎn)速。

　　如果需要同時測量三相變頻器的輸入功率和輸出功率，需要四個變送器分別測量三相輸入和輸出功率。

2確定數(shù)字主機(jī)的型號

　　根據(jù)DT數(shù)字變送器的數(shù)量確定DH2000數(shù)字主機(jī)的型號。作為便攜式功率分析儀，一般建議采用雙通道的DH2000-2數(shù)字主機(jī)。當(dāng)可能面對較多通道時，可考慮采用兩臺數(shù)字主機(jī)。

3確定光纖長度和數(shù)量

　　根據(jù)觀測點(diǎn)與被測點(diǎn)的距離，確定光纖的長度。每個DT數(shù)字變送器包含一對光纖，根據(jù)DT數(shù)字變送器的數(shù)量確定光纖的對數(shù)。光纖最大長度為100m，一般而言，在大型廠房采用30m較合適，普通實(shí)驗(yàn)室10m就夠了。

便攜式功率分析儀應(yīng)用示例

圖3 便攜式功率分析儀應(yīng)用示例

四攜式功率分析儀軟件編制

　　便攜式功率分析儀的數(shù)據(jù)處理在上位機(jī)實(shí)現(xiàn)。

　　數(shù)據(jù)處理的主要技術(shù)是數(shù)字濾波和傅里葉變換。

　　選擇數(shù)字濾波器的類型和特征頻率，可以實(shí)時查看變頻器輸出電壓、電流的基波和各次諧波。

　　準(zhǔn)確的基波和諧波功率測量主要通過傅里葉變換實(shí)現(xiàn)，對于基波測量，若精度要求較高時，推薦采用DFT算法。諧波測量由于運(yùn)算量過大，推薦采用FFT算法。

　　DH2000數(shù)字主機(jī)可以輸出多種數(shù)據(jù)格式，可以兼容Matlab、LabViEW等軟件所需的常用數(shù)據(jù)格式。

　　用戶可以自行采用Matlab、LabView等編制功率分析儀所需軟件，也可采購湖南銀河電氣有限公司的DH2000數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相關(guān)軟件子模塊。

五便攜式功率分析儀軟件特點(diǎn)

1便攜

　　便攜式功率分析儀的便攜主要體現(xiàn)在兩個方面：

　　一是因?yàn)镈T數(shù)字變送器具有非常寬的測試范圍，幾乎可以與所有電壓、電流傳感器相連，并且可以實(shí)現(xiàn)量程匹配，加上前端數(shù)字化的優(yōu)勢，無需考慮屏蔽線及接地，所以完全可以利用現(xiàn)場的傳感器，也無需準(zhǔn)備連接纜線。

　　二是因?yàn)橄嚓P(guān)硬件體積較小，便攜式功率分析儀完全可以裝進(jìn)普通筆記本電腦包內(nèi)。

2擴(kuò)展性強(qiáng)

　　你可根據(jù)目前需要選擇DT數(shù)字變送器的種類和數(shù)量，而不必考慮發(fā)展的問題，因?yàn)槟S時可以增加變送器的數(shù)量和種類。

3操作安全

　　測量點(diǎn)與數(shù)字主機(jī)及上位之間沒有任何電連接，可確保操作安全。光纖可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，觀測者大可遠(yuǎn)離噪音、強(qiáng)電充斥的復(fù)雜的、危險的現(xiàn)場。

4輕松搞定電磁兼容

　　前端數(shù)字化傳輸，不但避免了傳輸環(huán)節(jié)的損耗與干擾，還切斷了測量元件的主要干擾傳輸路徑，不必考慮屏蔽、接地等抗干擾措施，輕松搞定電磁兼容。

5多功能

　　便攜式功率分析儀不但可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)寬頻帶功率分析儀的所有功能。還可根據(jù)需要編制或采購專用軟件實(shí)現(xiàn)便攜式電能質(zhì)量分析儀、便攜式無紙記錄儀、便攜式諧波檢測儀等虛擬電量測量儀器及振動噪聲分析儀、音頻分析儀、軸功率測試儀等非電量測量分析儀器。除了常規(guī)的三相功率分析儀，您還可輕松實(shí)現(xiàn)五相、六相、十五相等多相功率分析儀。

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