电力计一般philips中文.ppt

1,,功率测量,横河电机株式会社通信・测量仪器事业部基本计测仪器开发中心,2,目录,●功率测量的基本功率计的测量原理失真波形的功率谐波测量,3,功率测量的基本,功率计的测量原理,4,基本・电压有效值、电流有效值、功率测量（有效功率、皮相功率、无效功率）、功率因素、相位差、效率・电压以及电流的频率（交流的情况）・累积电流量（Ah）、累积功率量（Wh）测量（WT3000的话、VAh，varh也可实现）・谐波（电压有效值、电流有效值、功率基本波形成分、各次数成分、综合谐波失真率等）应用・电压、电流波形显示・发动机评价（扭矩、旋转速度、发动机功率、发动机效率等）,功率计的测量项目,注意「谐波测量」和「一般测量（非谐波测量的测量）」的测量原理不同。稍后在谐波的介绍之前,都是针对于一般测量的说明,5,电压输入波形,电流输入波形,瞬间功率波形,,,,,通过LPF实现平均化,＊,平均化方式,有效功率,ut,it,utit,功率测量原理,6,电压输入波形,电流输入波形,瞬间功率波形,,,,,,,,,在1个周期或数周期间平均化,＊,有效功率,ut,it,utit,需要正确验出周期,但是原理上有1个周期的话,就能运算出有效功率,故可实现高速化,平均化方式,功率测量原理,7,交流信号的实效值、平均值,有效值与直流相比拥有相同能源的值RMSRootMeanSquare,平均值整流后平均的值MEAN（RectifiedMean）,,正弦波的情况,8,电压输入波形,,＊,ut,|ut|,ut2,交流电压、电流的测量原理,,,,平方根,,系数,,9,为了模拟运算、显示输入信号,进行Ａ／Ｄ变换,模拟功率计,模拟运算式功率计（2533＆2533E）内部构成,模拟电路多、容易受到时间变化及元件不一的影响。因为线路LPF的方式（平均化方式１）低通滤波器的时间常数的错误会引起电压,电流间应答的错误应答时间慢。,10,数字功率计,数字式功率计内部构成,输入信号变换成Ａ／Ｄ之后、用ＤＳＰ运算并显示,模拟电路少、容易广带宽化、高精度化。,特长,通过数字化,可实现平均化处理的多样化将「平均化方式１」的LPF时间常数进行数字过滤化后最优化可对应「平均化方式２」的区间平均电压-电流-功率间的相互关系得到维持。,通过对数字数据进行运算处理简单实现高功能化,,,photocoupler绝缘,11,YOKOGAWA的功率计,,自1980年后半期起到1990年前半期,1996,DigitalPowerMeter2533,DigitalPowerMeter2531WT2000,DigitalPowerMeterWT110/130/1000,,,,1996,2001,2005,PrecisionPowerAnalyzerWT3000,DigitalPowerMeterWT1600,模拟方式,数字方式平均化方式2ASSP,数字方式平均化方式１EAMP,新数字方式ASSPEAMP,WT210/230,2002,1993,,12,电压・电流的测量,交流的电压・电流测量的方式,电压、电流可更改测量模式。有效功率测量与测量模式的设定无关。,13,有效功率以外的测量项目,无效功率QVarUIsinφReactivepower皮相功率SVAUIApparentpower功率因数λPFcosφPowerFactor相位φcos-1（λ）PhaseAngle,,皮相功率SVA,无效功率QVar,有效功率PW,,φ,SVA,PW,QVar的关系,SVA2PW2QVar2,自电压、电流、有效功率测量值运算得出。电压・电流模式的设定Q、S、λ不同。,其他的功率测量项目,电压、电流、有效功率自瞬间数据开始运算,14,交流型号的实效、平均值,正弦波的情况,交流信号的振幅系数,測定器的振幅系数,Q）用振幅系数3的测量仪器测量振幅系数的波形A只要扩大范围就可以。例）100Vrms振幅5的波形500Vpk振幅3100V范围到300Vpk振幅3300V范围到900Vpk,,15,功率测量的基本,失真波形的功率,16,失真谐波,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1,10,20,30,40,次数,谐波分析结果,基本波形,３次谐波,周期性的失真波形,５次谐波,＝,＋,＋,＋‥,与失真波形的周期相同的正弦波,失真波形的整数倍的频率的正弦波,周期性的失真波形是产生于合成复数的正弦波的波形,,谐波的大小,,周期性的失真波形可用基本波形的整数倍的频率合成来表示,17,失真波形的有效值,失真波形的实效值是各频率成分的实效值的2平方根求得的。,“重叠的原理’如果成立的话、针对原基本波形,形成直流成分和谐波的失真波形就以下的数字公式表现。,失真波形的实效值,18,失真波形的误差主因,方形波,（ＤＵＴＹ５０％）,誤差,［％］,測定高調波次数上限,２,１,０．５,０．２,０．,,１,０．０５,第５次,第９次,第２１次,第４１次,第１０１次,第２０５次,第４００次,三角波,誤差,［％］,測定高調波次数上限,１,０．２,０．１,第１次,第３次,第５次,失真波形里连高频率成分也包含着,测量仪器的带宽如果没有延伸到高频率就容易成为误差的原因。,理论上,三角波形的话,需要基本波形的5倍以上的带宽,方形波形的情况,需要200倍左右的带宽。并且不仅仅是带宽、还必须要注意在高频率状态下的测量精度。,,,,,,,,,,,,,５,失真波形的测量带宽,19,失真波形的功率,失真波形的功率是由相同频率成分的电压・电流以及功率的累积总和所得到。,“重叠的原理”如果成立的话、针对原基本波形,形成直流成分和谐波的失真波形就以下的数字公式表现。,失真波形的有效功率,20,失真波形的功率,电压波形,电流波形,频率成分,频率成分,,,功率频率成分,P（１）,,,U（１）,因波形失真,功率减小。（变成不是cosφ。）Total的功率称为「综合功率」以作区别。,,,,,,I（1）,I（３）,I（５）,I（7）,I（9）,,对于失真波形的无效功率没有正确的定义,21,功率测量的基本,谐波测量,22,FFT谐波的测量,波形（时间领域）通过FFT运算切换成频率、测量各频率成分。,,,,,,失真波形,FFT计算,,,,,,,,ｆ,3ｆ,5ｆ,7ｆ,,基本波形ｆ,谐波3f,谐波5f,谐波7f,,,,WT的话，将电压･电流的各频率成分用实效值来表示,23,,Fourier变换,Fourier级数「所有的周期函数可用三角函数的和来记述。」Fourier积分「将周期扩张到无限大，尽可能利用于所有的函数。」Fourier变换对波形的时间函数进行Fourier积分的话，频率函数Xf被导出,只采集信号频率之方法,φ,电压实效值,有效功率,无效功率,相位,Fourier变换,电流实效值,与一般测量的测量方法不同。,24,,,,衰减器,放大器,A-D转换器,内存,显示线路,时间轴,CPU,,,clock,,,,,,,条件采样时钟f（Hz）FFT点数N,采样时钟100kHzFFT点数1000最大分析频率50kHz频率分辨率100Hz,Fourier变换实现案例FFT,最大分析频率f/2Hz频率分辨率f/NHz,,25,,,FFT运算和谐波测量,窗口配合输入信号的周期，一旦决定采样速度就可正确测量输入周期的整数倍谐波。例基本波形50Hz的情况采样频率基本波形频率＊900＝45000HzFFT数据数9000点分析窗幅10,,,,,1,2,16,9000点,,,900点,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3.75Hz,,60Hz,180Hz,,FFT运算结果,,120Hz,26,谐波测量,通过Fourier变换输入电压、电流波形可直接算出特定频率成分的电压、电流、有效功率、无效功率。,电压电流有效功率无效功率皮相功率功率因素,,皮相功率SVA,无效功率QVar,有效功率PW,,φ,每个频率成分都构成U,I,P,Q,S的关系,k次のFFT結果電圧実数部,k次のFFT結果電圧虚数部,k次のFFT結果電流実数部,k次のFFT結果電流虚数部,k次,27,YOKOGAWA的功率计,,,,,,,,,50/60Hz,10kHz,100kHz,1MHz,,1kHz,,,,,0.1,1.0,测量宽带,功率基本精度[],QA/评价测试市场,RD市場,保养维修市场面向现场（野外/Line）,WT3000精度0.06宽带DC,0.1Hz～1MHz,WT2000精度0.08宽度DC,2Hz～300kHz,PZ4000精度0.125带宽DC～2MHz,WT210/WT230精度0.2带宽DC,0.5Hz～100kHz,面向试验台（测试/开发）市场,WT1600精度0.15带宽DC,0.5Hz～1MHz,CW140/CW240（MC产品,28,正弦波的情况,,,,ADC,电压输入,ADC输入的最大峰值输入的实效值,振幅系数,,交流信号的振幅系数,真的输入,,原因外来噪音测量仪器内部线路噪音,ADC的采集WT1600/WT3000約200kSpsPZ4000最大5MSps（根据设定）,未能正确获得峰值的主因１,未能正确获得峰值的主因２,噪音重叠,←依存于测量仪器及测量范围,采集速度越快越能正确获得。若是迂回波形、长时间测量的话,在平均化效果上即使采集速度很慢却能捕捉峰值。,29,,,,ADC,电压输入,ADC输入的最大峰值输入的实效值,振幅系数,,在10Vrms的10kHz的正弦波上重叠1Vrms的100kHz的正弦波（噪音）的情况下○ADC输入的最大峰值10Vrmsの10kHz的正弦波的峰值14.142Vpk1Vrmsの100kHz的正弦波的峰值1.414Vpk统合的峰值15.556Vpk○输入的实效值10Vrms和1Vrms的实效值10.05Vrms,真的振幅系数1.4142实际测量的振幅系数1.5478,原理上噪音重叠的情况分子方的影响大,,,,,30,电压波形,电流波形,频率成分,频率成分,,,功率频率成分,P（１）,,,U（１）,,,,,,I（1）,I（３）,I（５）,I（7）,I（9）,,失真波形在通常模式下的功率测量结果,谐波在测量模式下的功率测量结果,功率测量原理上的问题,