變頻電量變送器

其測量對象變頻電量定義如下：

1、信號頻譜僅包含一種頻率成分，而頻率不局限于工頻的交流電信號。

2、信號頻譜包含兩種或更多的被關(guān)注的頻率成分的電信號。

變頻電量包括電壓、電流以及電壓電流引出的有功功率、無功功率、視在功率、有功電能、無功電能等。

其主要特征包括：

1、幅值變化范圍大，可以從幾伏變化到幾萬伏，從幾安變化到幾千安。

2、基波頻率變化范圍寬，基波頻率可以從0.1Hz甚至更低變化到400Hz甚至更高。

3、相位變化范圍寬，功率因數(shù)可以在-1~1間任意變化。

4、往往是非正弦、高畸變，諧波含量豐富。

變頻電量是指用于傳輸功率的，并且滿足下述條件之一的交流電量：

信號頻譜僅包含一種頻率成分，而頻率不局限于工頻的交流電信號。

信號頻譜包含兩種或更多的被關(guān)注的頻率成分的電信號。

變頻電量包括電壓、電流、諧波以及電壓電流引出的有功功率、無功功率、視在功率、有功電能、無功電能等。

依據(jù)變頻電量變送器的輸出信號類型，可以分為模擬量輸出變頻電量變送器和數(shù)字量輸出變頻電量變送器。其中，模擬量輸出變頻電量變送器，依據(jù)輸出電壓或電流信號，又可以分為電壓輸出型變頻電量變送器和電流輸出型變頻電量變送器。

依據(jù)被測信號類型，可以分為變頻電壓變送器、變頻電流變送器和變頻功率變送器。其中，變頻功率變送器被測量通常包含一路電壓信號和一路電流信號，輸出信息包含：電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、諧波等等。

首先，變頻功率傳感器適用于工頻電量測量和計量。

其次，變頻功率傳感器適用于帶寬范圍內(nèi)的任意電參量的測量和計量。廣泛應(yīng)用于電力推進、電機、風(fēng)機、水泵、風(fēng)力發(fā)電、軌道交通、電動汽車、變頻器、特種變壓器、熒光燈、LED照明等領(lǐng)域的產(chǎn)品檢試驗、能效評測及電能質(zhì)量分析。

變頻功率傳感器通過對輸入的電壓、電流信號進行交流采樣，再將采樣值通過電纜、光纖等傳輸系統(tǒng)與數(shù)字量輸入二次儀表相連，數(shù)字量輸入二次儀表對電壓、電流的采樣值進行運算，可以獲取電壓有效值、電流有效值、基波電壓、基波電流、諧波電壓、諧波電流、有功功率、基波功率、諧波功率等參數(shù)。

圖中所示為變頻電量變送器的通用框圖，依據(jù)所采用的技術(shù)，圖中列出的所有部件并非均不可缺少。圖中的變送器測量一路電壓和一路電流信號，通常，該電壓和電流信號的乘積為被測回路的功率。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的變頻電量變送器可以是如圖中所示的測量一路電壓、電流及對應(yīng)功率的變頻功率變送器，或測量單路或多路電壓的變頻電壓變送器，或測量單路或多路電流的變頻電流變送器。

此處列出部分分析方法供參考：

右圖為兩電平變頻器的輸出信號波形：

兩電平變頻器的輸出電流波形及電壓波形

電流波形接近正弦波，電壓波形為PWM波，圖中較高的毛刺為過沖電壓，縮短電纜，增加dv/dt濾波器等可以降低或消除過沖電壓。

PWM波低次諧波含量較少，諧波主要集中在載波頻率整數(shù)倍附近。

變頻器的基波頻率記為fs；變頻器的載波頻率記為fc；

那么，N=fc/fs就是載波頻率比。

對于SPWM調(diào)制的三相變頻器中，當(dāng)N為整數(shù)時，不含N-2次以下的諧波。

假設(shè)fs=50z，fc=2kHz，則N=40，變頻器輸出不含38次以下的諧波。

且諧波頻率為kfc±m(xù)fs，其中ks=1,2,3,4,5,6,7....k1=1,2,4,5,7...

一般而言，變頻器的負載是電機，電機為感性負載，可以較好的抑制高次諧波，因此，理論上，變頻器的載波頻率比越高，變頻器的輸出電流的諧波含量越少。

分析儀概述

分析儀主要特點

• 該儀器/系統(tǒng)由數(shù)字量輸出的變頻電量變送器和數(shù)字量輸入的二次儀表構(gòu)成，兩者通過光纖連接。完全避免了復(fù)雜電磁環(huán)境下傳輸環(huán)節(jié)的衰減和干擾。

• 采用電機、變頻器、變壓器、節(jié)能燈具等電器產(chǎn)品的各種試驗工況下實測最低準(zhǔn)確度指標(biāo)作為標(biāo)稱準(zhǔn)確度指標(biāo)。

• 根據(jù)電壓、電流的量程從1mV~20kV，100uA~7000A，變頻電量變送器有100多種規(guī)格型號可供選擇，對于高壓、大電流測量，既可采用低電壓、小電流的變送器與外部傳感器配套使用，也可直接采用高電壓、大電流的變頻電量變送器直接測量，減少中間環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)測量準(zhǔn)確度。

• 每臺分析儀可配置1~6個功率單元（變頻電量變送器），對于更多功率單元的測試項目，可采用多臺分析儀級聯(lián)，在同步光纖的控制下，實現(xiàn)多臺分析儀之間的準(zhǔn)確同步測量。

分析儀技術(shù)指標(biāo)

項目 技術(shù)指標(biāo) 條件

帶寬 100kHz

最高采樣頻率 250kHz

電壓測量精度 0.2%rd 幅值：0.75%~150%UN

基波頻率：DC，0.1Hz~400Hz

電流測量精度 0.2%rd 幅值：1%~200%IN

基波頻率：0.1Hz~400Hz

功率測量精度 0.5%rd 功率因數(shù)：0.2~1

基波頻率：0.1Hz~400Hz

1%rd 功率因數(shù)：0.05~0.2

基波頻率：0.1Hz~400Hz

頻率測量精度 0.02%rd 0.1Hz~400Hz

電壓過載時間 10分鐘 U<1.5UN

電流過載時間 3分鐘 I<2IN

隔離電壓 2UN 1kV 50Hz，1min

假設(shè)SPWM波的載波頻率為fc，基波頻率為fs，fc/fs稱為載波比N，對于三相變頻器，當(dāng)N為3的整數(shù)倍時，輸出不含3次諧波及3的整數(shù)倍諧波。且諧波集中載波頻率整數(shù)倍附近，即諧波次數(shù)為：kfc±m(xù)fs，k和m為整數(shù)。

隨著諧波頻率的升高，諧波幅值整體呈現(xiàn)下降趨勢，按照GB/T22670變頻器供電三相籠型感應(yīng)電動機試驗方法的規(guī)定，變頻電量變送器的帶寬應(yīng)該在載波頻率的6倍以上，當(dāng)載波頻率為3kHz時，帶寬至少為18kHz，實際使用建議采用30kHz以上帶寬的變頻功率傳感器及變頻功率分析儀。

實際的SPWM波，其載波比不一定為整數(shù)，此時，為了降低頻譜泄露，可適當(dāng)增加傅里葉窗口長度，對多個基波周期的PWM進行傅里葉變換（FFT或DFT）。