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功率測量方法分析:從原理到應用

     随着控制技术的发展,电压、电流的调制信号得到了越来越广泛的应用,如果信号谐波含量较高,传统的有功功率法难以准确测量。基于有功功率原理,简要介绍了测量在变频器领域的应用。
    
     用相位测量电路测量电压和电流的相位差,然后根据正弦电路的p=uicos公式计算有功功率。
    
     由于计算有功功率的公式p=uicos是由正弦电路技术推导出来的,所以这种方法只适用于正弦电路有功功率的测量。
    
     另外,相位测量电路通常采用过零检测法,在交流零点附近不可避免地会有一些毛刺,因此相位测量精度较低,在低功率因数下功率测量的精度也较低。
    
     用模拟乘法器得到电压和电流的乘积,得到瞬时功率。然后将瞬时功率在固定时间内积分,得到平均瞬时功率即有功功率,该方法适用于任意波形电量的有功功率测量。
    
     在功率分析仪的各个测量通道中,对输入电流或电压信号进行采样,并根据具体公式计算采样数据。
    
     其中u(n)为更新周期采集的电压信号数据(瞬时数据),i(n)为更新周期采集的电流信号数据(瞬时数据),u(n)和i(n)同时为采样数据。
    
     变频器的主电路一般由交流和直流两部分组成。整流电路中有大电容,输入电流波形不呈正弦波。在逆变器的输出电路中,输出电压信号由脉宽调制载波信号调节,即输入输出不是标准的正弦波,谐波含量更高。
    
     然而,由于变频器的输入电流中含有高次谐波,因此相位角的测量比较困难。PA8000功率分析仪采用数字法,即模拟乘法器法,在规定的有效期内将瞬时电压和电流进行积分,然后在固定时间内将瞬时功率进行积分。平均瞬时功率,即有功功率,可以得到如下:
    
     同样,对于变频器的输出侧,电压是频率可调的载波信号,包含更多的高次谐波,如下图所示:
    
    
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