功率測量和理論背景
多通道功率分析儀使用方法
Aron電路
這個(gè)電路可以用在三相三線系統(tǒng)。如果你是四線，這個(gè)不能用，因?yàn)榱鬟^這個(gè)線路的電流不會被計(jì)算進(jìn)去。請注意，在高頻應(yīng)用里地線可以是第四根“線”。
這個(gè)電路的主要優(yōu)點(diǎn)是，你只需要2個(gè)功率計(jì)測量系統(tǒng)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(guān)聯(lián)相三對相二之間的電壓。
這樣，你就可以在每個(gè)測量通道上施加一個(gè)線電壓和一個(gè)相電流。只要有電阻負(fù)載，測量通道就會看到30°的相位偏移。不是電阻負(fù)載，每個(gè)通道的有功功率可以是更大，更小或是負(fù)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(dǎo)衍生
如下你可以發(fā)現(xiàn)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(tǒng)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(dāng)然這種推導(dǎo)可以是一種通常的方式進(jìn)行。
測量角形電路電壓和星形電路電流
測量電機(jī)時(shí)一個(gè)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(gè)測量通道上施加一個(gè)線電壓和一個(gè)相電流。只要有電阻負(fù)載，測量通道就會看到30°的相位偏移。不是電阻負(fù)載，每個(gè)通道的有功功率可以是更大，更小或是負(fù)值。
比Aron電路更糟的是，這里只有每個(gè)通道電壓和電流是正確的，但是所有其他的數(shù)值，同樣總和數(shù)值也都是錯的。
三相功率測試儀作用
LMG 功率分析儀提供一種測量功能，叫做星-三角轉(zhuǎn)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：
變頻功率分析儀價(jià)格
a ) 3+1,U△I* ->U△I△ 數(shù)值被重新計(jì)算后在角形電路里獲得新值。
b ) 3+1, U△I* ->U*I* 數(shù)值被重新計(jì)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(jié)果：LMG 計(jì)算的值屬于一類的：
U1,I1,U2,I2,U3,I3關(guān)聯(lián)到U12,I12,U23,I23,U31,I31.
從而所有通道的所有數(shù)值包括總和數(shù)值都可能是正確的。
時(shí)間
在上面的文章中多次提到了時(shí)間：一段時(shí)期，周期，測量時(shí)間…
這是對儀器中不同時(shí)間的解釋，結(jié)合這一點(diǎn)，也解釋了同步性和其他一些重要的事情。
01、采樣時(shí)間
Z快的時(shí)間是2個(gè)樣本值之間的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間取決于每秒的轉(zhuǎn)換次數(shù)。
02、同步時(shí)間
你必須選擇一個(gè)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(jié)中描述的，數(shù)值是被定義在規(guī)定觀察時(shí)間內(nèi)的。對于某段信號是指信號的一段時(shí)間周期（或多個(gè)一段時(shí)間）。所以儀器必須測量信號的多個(gè)時(shí)間周期。LMG系列功率分析儀通常使用過正零交叉點(diǎn)開來偵測一個(gè)信號時(shí)間段的結(jié)束。
03、數(shù)值更新周期
數(shù)值更新周期定義了你想要獲取測量結(jié)果的時(shí)間。如上面寫到的，儀器測量多個(gè)數(shù)量的時(shí)間周期。你是如何處理這個(gè)的呢？
我們假設(shè)你有一個(gè)50Hz（20ms時(shí)間周期）的信號和50ms的數(shù)值更新周期。當(dāng)數(shù)值更新周期開始時(shí)，你也開始了20ms的時(shí)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(shí)際是信號的2個(gè)周期。這些數(shù)值被計(jì)算并顯示出來，例如Utrms，Idc，P….
實(shí)際測量時(shí)間在這個(gè)周期中只有40ms！
第二個(gè)數(shù)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(gè)更新周期結(jié)束。在這個(gè)時(shí)間，信號的一段時(shí)間周期也結(jié)束了?，F(xiàn)在儀器從t=40ms到100ms時(shí)間內(nèi)采樣計(jì)算。實(shí)際的測量時(shí)間在這個(gè)周期中是60ms。這里三個(gè)周期被計(jì)算了。這個(gè)更新周期有另外的時(shí)間間隔。對于周期性信號這個(gè)是不重要的，因?yàn)槊總€(gè)周期其實(shí)是一樣的！波動信號可能對結(jié)果有影響。
你看：數(shù)值更新周期定義了你想要獲得數(shù)值的時(shí)間。實(shí)際準(zhǔn)確的時(shí)間是通過同步信號定義的。
另外重要的要求是，數(shù)值更新周期必須比時(shí)間周期要大！不可能測量1Hz的信號用500ms的更新時(shí)間。
04、積分時(shí)間
為了實(shí)現(xiàn)能量測量，你必須定義一個(gè)能量測量時(shí)間。這個(gè)時(shí)間必須是更新周期的整數(shù)，因?yàn)閮x器只可以用完整的周期來計(jì)算能量。
05、諧波觀測時(shí)間
當(dāng)計(jì)算諧波時(shí)，你使用整數(shù)周期上的采樣值。這個(gè)窗口寬度的倒數(shù)是計(jì)算諧波的頻率步長。
舉例：當(dāng)測量50Hz信號用20ms（一個(gè)周期）時(shí)，你獲得以50Hz為步長的諧波。當(dāng)測量16個(gè)周期（320ms），你獲得以3.125Hz為步長的諧波。
通過選擇不同觀測時(shí)間，你可以定義你想獲得多少次的整數(shù)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(fù)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(gè)是濾波后的電流信號。在這個(gè)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(gè)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（50Hz，100Hz，…）。
上面顯示的數(shù)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(jì)算相位偏移無功功率Qshift，如下計(jì)算：
02、用濾波后的電流信號測量
另一個(gè)方法獲得畸變無功功率“D”在如下實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)。我們使用和上面一樣的設(shè)置，另外再設(shè)置一個(gè)30Hz的數(shù)字濾波。
多通道功率分析儀使用方法
為了過濾掉畸變電流輸入信號，我們做了如上的濾波設(shè)置。
多通道功率分析儀使用方法
現(xiàn)在電流波形是接近正弦的了，因?yàn)?次以上諧波被過濾掉了。
三相功率測試儀作用
由于設(shè)置了濾波器，基本分量會稍微小一點(diǎn)。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(xiàn)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(nèi)容中計(jì)算得出。
輸入信號的畸變可能會造成一個(gè)非常大的視在功率。為了計(jì)算畸變無功功率D，你需要無功功率Q的兩個(gè)不同數(shù)值。首先需要測量畸變輸入信號，這個(gè)意味著總的無功功率包含2個(gè)部分：Qdist（D）和Qshift。第二個(gè)測量需要帶入濾波后的輸入信號?，F(xiàn)在畸變無功功率Qdist“D“變成0（沒有諧波），這個(gè)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(gè)無效的例子。
在LMG95上，你可以用“HARM100“選件直接測量獲得準(zhǔn)確的“D”值。
03、熱風(fēng)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(shí)際應(yīng)用中，你會找到很多如上的理論解釋。
04、試驗(yàn)
電路的搭建如下圖所示：
三相功率測試儀作用
05、時(shí)間信號
下圖顯示了被吸收電流的時(shí)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(fēng)扇電機(jī)的單向整流電流。這個(gè)信號可解釋為具有50Hz載波頻率的調(diào)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Z佳設(shè)備是帶”HARM100”選件功能的ZES ZIMMER LMG系列產(chǎn)品。數(shù)值更新周期是你使用普通儀器面臨的Z大問題。上面的矩形信號有一個(gè)639ms的時(shí)間周期；用1s的更新時(shí)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(fā)。因?yàn)檎{(diào)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(fā)。
LMG系列提供了一個(gè)特殊的觸發(fā)器設(shè)置，以允許測量AM調(diào)解。
06、測量菜單設(shè)置
下面的調(diào)整必須在測量菜單里設(shè)置：重要！！Xtrig！
07、XTrig 菜單設(shè)置
為了測量不同功率的正確值，調(diào)幅信號必須用30Hz濾波器進(jìn)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(fā)電平設(shè)置為是很重要的。
08、默認(rèn)菜單里的數(shù)值
默認(rèn)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(chǔ)頻率是1.5Hz。所有的數(shù)值都是穩(wěn)定的！這是一個(gè)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(shù)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(fā)。
變頻功率分析儀價(jià)格
諧波分析顯示出信號有一個(gè)非常高的畸變無功功率“D”，因?yàn)殡妷菏钦业?，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(qū)別：線觸發(fā)
下面的圖顯示信號的諧波分析，通過線頻率觸發(fā)。D一張圖是當(dāng)加熱線圈不在運(yùn)行狀態(tài)下獲取的。直流分量是由于風(fēng)扇電機(jī)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(dú)立于加熱線圈在運(yùn)行或是非運(yùn)行。在這個(gè)例子中畸變無功功率“D”是由于風(fēng)扇電機(jī)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(yùn)行還是非運(yùn)行。所有測量是在2個(gè)周期線頻率下完成的。
11、功率分析
當(dāng)X同步到1.5Hz調(diào)制信號的頻率時(shí)，測量了以下功率值：
這里50Hz功率分量是在第32次諧波?；儫o功功率是更大了，因?yàn)閮蓚?cè)帶寬都被納入了計(jì)算。 有功功率和視在功率都是穩(wěn)定的，
結(jié)論
積分時(shí)間是測量中可以獲得正確數(shù)值的非常重要的參數(shù)。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(gè)不同的有功功率：
1.79kW 加熱中
0.13kW 只有風(fēng)扇電機(jī)運(yùn)行中
0.34kW 一個(gè)完整的控制周期
所有的測量在他們所屬的時(shí)間都是準(zhǔn)確的。
