這些“眾所周知”的功率分析儀測量參數你都了解嗎
這篇內容是對一些眾所周知的功率測量參數的簡單描述這些測量參數是經常用到的但是事實上很少的人能記住他們來自哪里什么是他們的確切定義
沒看過上一篇（一）的朋友可以點擊這里這些眾所周知的功率測量參數它們確切定義你真的知道嗎
功率測量和理論背景
Aron電路
這個電路可以用在三相三線系統如果你是四線這個不能用因為流過這個線路的電流不會被計算進去請注意在高頻應用里地線可以是第四根線
這個電路的主要優點是你只需要2個功率計測量系統的總的有功功率
你可以測量相一和相三中的電流以及相一關聯相三對相二之間的電壓
這樣你就可以在每個測量通道上施加一個線電壓和一個相電流只要有電阻負載測量通道就會看到30°的相位偏移不是電阻負載每個通道的有功功率可以是更大更小或是負值
每相的有功功率不能顯示無功功率和視在功率一樣也不能顯示只有總的有功功率是正確的所有其他總的值都是無效的
推導衍生
如下你可以發現測量方式的差異
P =U1 * I1+U2 * I2 +U3 * I3
U 12=U1 U2 ,得到U1 =U 12+U2,同樣
U 32=U3 U2 ,得到 U3=U32 +U2 .
如果你把如上插入上面的公式后你會得到
在三線系統里電流的矢量和必須是0（I1+I2+I3=0）,你得到了
這正是上面描述的測量條件當然這種推導可以是一種通常的方式進行
測量角形電路電壓和星形電路電流
測量電機時一個非常典型的情況是你只有L1,L2和L3沒有中性線因此沒有其他的工具你只可以測量電壓U12,U23和U31連同電流I1,I2和I3.
類似像Aron電路你在每個測量通道上施加一個線電壓和一個相電流只要有電阻負載測量通道就會看到30°的相位偏移不是電阻負載每個通道的有功功率可以是更大更小或是負值
比Aron電路更糟的是這里只有每個通道電壓和電流是正確的但是所有其他的數值同樣總和數值也都是錯的
LMG 功率分析儀提供一種測量功能叫做星-三角轉換如果你是上面提到的連接方式你可以選擇2種特殊的接線
a 3+1,U△I* ->U△I△ 數值被重新計算后在角形電路里獲得新值
b 3+1, U△I* ->U*I* 數值被重新計算后在星形電路里獲得新值
b b 是更常見的但兩者都有相同的正向結果LMG 計算的值屬于一類的
U1,I1,U2,I2,U3,I3關聯到U12,I12,U23,I23,U31,I31.
從而所有通道的所有數值包括總和數值都可能是正確的
時間
在上面的文章中多次提到了時間一段時期周期測量時間
這是對儀器中不同時間的解釋結合這一點也解釋了同步性和其他一些重要的事情
01采樣時間
最快的時間是2個樣本值之間的時間這個時間取決于每秒的轉換次數
02同步時間
你必須選擇一個你想要同步的信號為什么你必須同步所有
如在RMS 有效值章節中描述的數值是被定義在規定觀察時間內的對于某段信號是指信號的一段時間周期（或多個一段時間）所以儀器必須測量信號的多個時間周期LMG系列功率分析儀通常使用過正零交叉點開來偵測一個信號時間段的結束
03數值更新周期
數值更新周期定義了你想要獲取測量結果的時間如上面寫到的儀器測量多個數量的時間周期你是如何處理這個的呢
我們假設你有一個50Hz（20ms時間周期）的信號和50ms的數值更新周期當數值更新周期開始時你也開始了20ms的時間周期儀器開始了測量50ms后更新周期停止儀器測量從0到40ms實際是信號的2個周期這些數值被計算并顯示出來例如UtrmsIdcP.
實際測量時間在這個周期中只有40ms
第二個數值更新周期采樣值是從t=40ms開始的（我們的儀器測量是沒有間隙的）t=100ms 第二個更新周期結束在這個時間信號的一段時間周期也結束了現在儀器從t=40ms到100ms時間內采樣計算實際的測量時間在這個周期中是60ms這里三個周期被計算了這個更新周期有另外的時間間隔對于周期性信號這個是不重要的因為每個周期其實是一樣的波動信號可能對結果有影響
你看數值更新周期定義了你想要獲得數值的時間實際準確的時間是通過同步信號定義的
另外重要的要求是數值更新周期必須比時間周期要大不可能測量1Hz的信號用500ms的更新時間
04積分時間
為了實現能量測量你必須定義一個能量測量時間這個時間必須是更新周期的整數因為儀器只可以用完整的周期來計算能量
05諧波觀測時間
當計算諧波時你使用整數周期上的采樣值這個窗口寬度的倒數是計算諧波的頻率步長
舉例當測量50Hz信號用20ms（一個周期）時你獲得以50Hz為步長的諧波當測量16個周期（320ms）你獲得以3.125Hz為步長的諧波
通過選擇不同觀測時間你可以定義你想獲得多少次的整數諧波
觀測周期是源于同步信號的
由正弦源供電的非線性負載的無功功率
測量無功功率的兩種方法一種是使用原始畸變電流信號另一個是濾波后的電流信號在這個例子中被測物是一臺LMG95測量自己的消耗
01用畸變電流信號的測量
我們使用如下輸入信號
電壓信號從ZES ZIMMER 5000i功率源中獲得這個電壓是頻率50Hz的正弦波
電流信號是未濾波的并且是有畸變的但是只包含諧波分量（50Hz100Hz）
上面顯示的數值是在HARM100模式下獲得如你所看到的視在功率S是非常高的是由畸變無功功率D造成的而不是相位偏移你可以計算相位偏移無功功率Qshift如下計算
02用濾波后的電流信號測量
另一個方法獲得畸變無功功率D在如下實驗中實現我們使用和上面一樣的設置另外再設置一個30Hz的數字濾波
為了過濾掉畸變電流輸入信號我們做了如上的濾波設置
現在電流波形是接近正弦的了因為2次以上諧波被過濾掉了
由于設置了濾波器基本分量會稍微小一點如你看到的有功功率P是與總的視在功率S是很接近的現在測量到的無功功率Q是由于電壓和電流之間的相位偏移造成的Qshift=3,7961var是在用畸變電流信號的測量內容中計算得出
輸入信號的畸變可能會造成一個非常大的視在功率為了計算畸變無功功率D你需要無功功率Q的兩個不同數值首先需要測量畸變輸入信號這個意味著總的無功功率包含2個部分Qdist（D）和Qshift第二個測量需要帶入濾波后的輸入信號現在畸變無功功率QdistD變成0（沒有諧波）這個代表Q等于Qshift用下面的公式你可以獲得正確的Qdist（D）:
注意這是有效的情況是濾波后只有Qshift存在下面是一個無效的例子
在LMG95上你可以用HARM100選件直接測量獲得準確的D值
03熱風槍的爆射控制信號的測量
下面的電路將描述測量不同類型功率的正確值的難度在實際應用中你會找到很多如上的理論解釋
04試驗
電路的搭建如下圖所示
05時間信號
下圖顯示了被吸收電流的時間信號峰值顯示的電流是需要加熱熱線圈加熱前后的信號是風扇電機的單向整流電流這個信號可解釋為具有50Hz載波頻率的調幅為1.5Hz矩形信號而忽略單向整流電流
用于測量不同種類功率的最佳設備是帶HARM100選件功能的ZES ZIMMER LMG系列產品數值更新周期是你使用普通儀器面臨的最大問題上面的矩形信號有一個639ms的時間周期用1s的更新時間來測量將會得到非常波動的功率測量值問題是電壓或電流頻率的觸發因為調幅信號的基帶信號（1.5Hz）是不存在的因此不可能用普通的濾波器觸發
LMG系列提供了一個特殊的觸發器設置以允許測量AM調解
06測量菜單設置
下面的調整必須在測量菜單里設置重要Xtrig
07XTrig 菜單設置
為了測量不同功率的正確值調幅信號必須用30Hz濾波器進行開方和濾波由于直流分量在開方后沒有零交叉因此將觸發電平設置為是很重要的
08默認菜單里的數值
默認菜單中顯示的值是正確地測量爆射控制信號的真有效值TRMS.信號的基礎頻率是1.5Hz所有的數值都是穩定的這是一個正確同步的展示
09諧波分析
為了更好地理解測量值諧波分析是非常有幫助的下面的數字顯示了不同電流諧波的參與是對測量的真有效值有影響的是在1.5Hz基波上觸發
諧波分析顯示出信號有一個非常高的畸變無功功率D因為電壓是正弦的電流有很多頻譜分量在0...50Hz和50...100Hz之間
10較normal測量模式的區別線觸發
下面的圖顯示信號的諧波分析通過線頻率觸發第一張圖是當加熱線圈不在運行狀態下獲取的直流分量是由于風扇電機造成的
在第二張圖加熱線圈開始加熱電流增加到8A
畸變無功功率是一直存在的獨立于加熱線圈在運行或是非運行在這個例子中畸變無功功率D是由于風扇電機電流的單向整流造成的有功功率和視在功率改變是非常大的基于加熱線圈是運行還是非運行所有測量是在2個周期線頻率下完成的
11功率分析
當X同步到1.5Hz調制信號的頻率時測量了以下功率值
這里50Hz功率分量是在第32次諧波畸變無功功率是更大了因為兩側帶寬都被納入了計算 有功功率和視在功率都是穩定的
結論
積分時間是測量中可以獲得正確數值的非常重要的參數同樣測量信號的解釋是非常重要的如你看到的你可以測量到3個不同的有功功率
1.79kW 加熱中
0.13kW 只有風扇電機運行中
0.34kW 一個完整的控制周期
所有的測量在他們所屬的時間都是準確的
原標題這些眾所周知的功率分析儀測量參數的確切定義你知道嗎
