一、功率分析儀主要技術(shù)手段

　　功率分析儀主要技術(shù)手段包括時域分析和頻域分析兩大部分。

　　時域分析主要包括算術(shù)平均值、校準平均值、真有效值、有功功率、功率因數(shù)等特征值的計算及實時波形的顯示和操作。

　　頻域分析主要包括基波有效值、諧波有效值、相位差，位移因數(shù)等特征值的計算及頻譜顯示和操作。

圖1 WP4000變頻功率分析儀記錄的變壓器空載電流波形及諧波頻譜

二、功率分析儀測試參數(shù)

　　功率分析儀測試參數(shù)主要包括電壓、電流、功率、相位、位移因數(shù)、功率因數(shù)等。

1、電壓、電流真有效值及有功功率測量

　　真有效值是指電壓電流的基波、直流分量、所有諧波及間諧波的有效值的方和根，為了區(qū)別于基波或某次諧波的有效值，有時稱全波有效值。

　　有功功率是指直流分量、基波、諧波及間諧波的有功功率的算術(shù)和，為了區(qū)別于基波有功功率和諧波有功功率，有時稱總有功功率。

　　為了與傳統(tǒng)的基于檢波法的功率表的數(shù)值形成對比，某些功率分析儀提供了電壓、電流的校準平均值。

　　為了兼顧直流測量，某些功率分析儀還提供了電壓、電流的算術(shù)平均值。

　　銀河電氣的WP4000變頻功率分析儀對交流電量提供了真有效值(rms)、校準平均值(mean)、基波有效值(h01)、算術(shù)平均值(avg)四種特征值測量模式；對直流電量提供了真有效值(rms)和算術(shù)平均值(avg)兩種特征值測量模式。

　　此外，功率分析儀測試參數(shù)中還應(yīng)提供與有功功率相關(guān)的功率因數(shù)。

　　注：對于非正弦電量測量，功率分析儀測試參數(shù)中有一個特別值得注意的參數(shù)。在正弦電路中，功率因數(shù)等于相位差的余弦，一般用cosφ表示，而非正弦電路中，功率因數(shù)只能通過下述定義式獲?。?/p>

　　PF=P/S，PF為Power Factor的縮寫，表示功率因數(shù)，P為有功功率，S為視在功率。

　　功率因數(shù)也常用λ表示。

　　非正弦電路中，cosφ稱為位移因數(shù)，φ為基波（或特定次數(shù)的諧波）電壓與基波（或特定次數(shù)的諧波）電流的相位差。當φ為基波電壓、電流相位差時，也稱基波功率因數(shù)。

　　非正弦電路中，λ不等于cosφ，一般有λ小于cosφ。

2、電壓、電流基波有效值及基波有功功率

　　變頻器輸出電量諧波含量豐富，然而，對于電機而言，能夠貢獻轉(zhuǎn)矩的主要是基波，因此，在電機試驗中，基波有效值和基波有功功率是大部分試驗的依據(jù)值，基波有效值和基波有功功率比真有效值更加重要。

　　基波功率因數(shù)（位移因數(shù)）等于基波有功功率與基波視在功率（基波電壓電流有效值乘積）的比值。

3、電壓、電流諧波幅值及諧波功率

　　電壓、電流諧波幅值通常也采用有效值表示，諧波功率通常指諧波的有功功率。

　　WP4000變頻功率分析儀未顯示每次諧波的功率，僅顯示了每次諧波電壓和諧波電流的相位，可通過諧波功率的定義式計算獲取：

　　Pn=UnIncosφn，Pn、Un、In、φn分別表示第n次諧波的有功功率、電壓有效值、電流有效值、電壓與電流的相位差。

4、諧波特征值

　　變頻電量輸出諧波頻譜復雜，除了少數(shù)研究性試驗關(guān)注具體的某次諧波之外，多數(shù)情況下更加關(guān)注諧波的整體表現(xiàn)，諧波的整體表現(xiàn)主要通過諧波特征值表示。最常用的諧波特征值為總諧波畸變率THD（Total Harmonics Distortion）和總諧波因數(shù)（total harmoni Factor，簡稱THF）。THD也稱波形畸變率，THF也稱總諧波失真。

　　除了上述兩個諧波特征值之外，某些功率分析儀還針對具體應(yīng)用領(lǐng)域提供相關(guān)標準關(guān)注的其它諧波特征值。如AnyWay系列變頻功率分析儀還提供電機試驗相關(guān)國家標準要求的諧波電壓因數(shù)(HVF)和諧波電流因數(shù)(HCF)

5、電能質(zhì)量分析等其它功能

　　部分功率分析儀為了測試方便，還提供了電能質(zhì)量分析儀的電壓穩(wěn)定度、電流穩(wěn)定度、頻率穩(wěn)定度及正序分量、負序分量、零序分量等表征三相不平衡度的參數(shù)。

圖2 功率分析儀的電能質(zhì)量分析相關(guān)功能

三、功率分析儀基本功能

　　功率分析儀基本功能主要包括實現(xiàn)第二節(jié)所述功率分析儀測試參數(shù)的測量、計算和顯示，從分析結(jié)果表達方式看，功率分析儀基本功能主要包括：

1、常規(guī)測量

　　功率分析儀測試參數(shù)主要包括傳統(tǒng)功率表的測試參數(shù)：電壓、電流、頻率、功率、功率因數(shù)等，但是，測量功能比傳統(tǒng)功率表強大，體現(xiàn)在同一測量參數(shù)可以采用多種特征值表現(xiàn)。如電壓、電流可以采用真有效值(rms)、校準平均值(mean)、基波有效值(h01)、算術(shù)平均值(avg)四種特征值。而功率包括基波功率(h01)和總有功功率(avg)。

2、實時波形

　　觀測實時波形可以最快的速度形象地了解未知的復雜信號，建立感性認識，許多時候還可以利用觀測的波形進行故障診斷或干擾排除，實時波形屬于時域分析。

3、諧波分析

　　諧波分析屬于頻域分析方法，是包含多種頻率成分的變頻電量的基本分析方法，通常采用傅里葉變換實現(xiàn)復雜信號的分解。

　　目前大部分功率分析儀諧波分析最大次數(shù)在100次以內(nèi)，部分進口功率分析儀可分析500次諧波。

　　實際上，對于電網(wǎng)諧波分析，50次就足夠了。而對于變頻器諧波分析儀，由于變頻器的基波頻率是變化的，且包含了高頻的諧波，諧波與基波的頻率比值可能達到2000以上，也就是諧波次數(shù)可能達到2000次甚至更高次（詳見“適用變頻器輸入輸出諧波檢測的諧波分析儀”）。

　　除了諧波檢測之外，基波也可以認為特殊的諧波（一次諧波），常規(guī)測量中的基波有效值及基波相位也是通過傅里葉變換獲取。電能質(zhì)量分析中的各種表示諧波失真的特征值，也以傅里葉變換為基礎(chǔ)。

4、平均或積分功能

　　實際測量對象總是會出現(xiàn)不同程度的波動，對于能效計量檢測等高精度試驗，小的讀數(shù)誤差可能對結(jié)果造成較大的影響，為了獲取能夠代表波動讀數(shù)的穩(wěn)定值，且穩(wěn)定值應(yīng)能夠代表實際信號的對結(jié)果的綜合影響。通常采取多點讀數(shù)求平均或積分求平均等數(shù)值處理方式。

　　WP4000變頻功率分析儀提供了滑動平均、指數(shù)平均、智能平均（適合疊頻法等讀數(shù)波動較大但是波動有潛在規(guī)律的場合）等方式。還可通過設(shè)置更新時間獲取等同于積分平均的效果。

圖3 WP4000變頻功率分析儀記錄的異步電機疊頻法溫升試驗的電壓、電流波形圖

5、采集與記錄

　　功率分析儀測試或計算的參數(shù)較多，采集速度快，采集和記錄幾乎是所有功率分析儀必備的功能之一。采集通常指實時采樣數(shù)據(jù)的記錄。而記錄通常指運算完畢的特征值的記錄，記錄的數(shù)據(jù)量較小，采集的數(shù)據(jù)量很大。以6功率單元，250kHz采樣頻率計算，一秒重采集的基本數(shù)據(jù)高達12M字節(jié)，1G字節(jié)磁盤空間只能存儲80秒的數(shù)據(jù)。常規(guī)的4M、8M存儲深度的錄波儀等設(shè)備往往不能滿足存儲需要。

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