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            一款標稱全局精度的寬頻帶高精度功率分析儀

            • 瀏覽次數:8850次
            • 發布時間:2013/10/4 22:24:11
            • 作者:AnyWay中國

            一、前言

              20世紀80年代中后期,變頻調速技術進入實用階段,步入21世紀,大部分城市都已經實現恒壓供水,變頻恒壓供水不但水壓穩定,并且能起到顯著的節能作用。如今,變頻空調、變頻冰箱、變頻洗衣機等使用變頻調速技術的新型家電開始走進千家萬戶,因其啟動平穩、高效節能等特點廣大消費者的青睞。此外,風電、光伏、燃料電池等新能源產業也與變頻器/變流器技術密切相關。

              不論是變頻調速還是新能源,都在圍繞一個共同的主題:節能環保。

              上述產品在節能的同時,還引出了另外一個問題,那就是增加了電網的諧波污染,因此,相關產品一般都有或正在制定的關于諧波發射限值的標準。

              能效計量及諧波檢測是變頻節能的前提條件和技術基礎,并為變頻節能增效提供評估手段。

              變頻節能產品輸入或輸出的電參量一般為變頻電量,一方面頻率可變,另一方面還包含豐富的諧波,電信號頻譜遠遠比50Hz的工頻電量復雜。其對能效計量和諧波檢測的測試設備的技術要求也大大提高了。

              目前,變頻電量的能效計量和諧波檢測的主要產品為各種寬頻帶高精度功率分析儀以及寬頻帶的變頻電量傳感器。

            二、寬頻帶高精度功率分析儀精度標稱混亂

              電工儀表通常采用準確度等級標稱精度。例如:0.2級電壓表在適用范圍及整個量程范圍內,其誤差的絕對值應小于量程的0.2%,在滿量程處,其相對誤差為讀數的0.2%。

              有了統一的精度標稱,就可以很方便的了解測試產品的精度指標。例如:0.2級的儀表的精度比0.5級的高。

              然而,目前的寬頻帶高精度功率分析儀精度標稱方式缺沒有這么簡單。

            1、斷章取義的精度標稱方式

              例如,兩款進口寬頻帶高精度功率分析儀的精度標稱如下:

              A:基本精度:0.02%讀數

              B:基本精度:±0.05%

              首先,兩款儀器的精度標稱方式均不規范,而不規范的原因,并非不知道規范,而是有意掩蓋儀表的真實性能。(注:電工儀表規范的精度標稱方式,請參見高精度功率分析儀基本誤差探討

              其次,表面看,前者的精度比后者高。

              實際情況是,后者的精度更高,原因是前者的實際精度為0.02%rd+0.04%fs,但是在標稱時省略了后面的"+0.04%fs"。詳細請閱讀“進口功率分析儀的十大欺騙手法

            2、單點精度代替全局精度

              仍以上述A型進口寬頻帶高精度功率分析儀為例,其0.06%的精度僅僅在45~66Hz正弦波時成立,而在0.1Hz~400Hz這一變頻電機常用頻段范圍之內,其最低精度達1.8%。圖1為配置C型功率單元的WP4000變頻功率分析儀與上述標稱0.02%讀數精度的寬頻帶高精度功率分析儀在寬頻范圍內、正弦波和PWM波測量時的不同基波頻率下的準確度指標對比。

            WP4000變頻功率分析儀與某進口寬頻帶高精度功率分析儀的精度對比圖

            圖1、WP4000變頻功率分析儀與某進口寬頻帶高精度功率分析儀的精度對比圖

            3、帶寬指標模糊

              上述A型進口寬頻帶高精度功率分析儀的標稱帶寬為1MHz,而對于變頻電量測量至關重要的傅里葉頻譜帶寬僅為50kHz,僅為1MHz標稱帶寬的1/20。

            4、未明確低功率因數下的功率精度

              對于變頻電量而言,即便是基波功率因數很高,其諧波的功率因數一般也較低,并且在變頻電機、大型電力變壓器等的損耗測量中,低功率因數下的功率測量精度至關重要。但是,目前大部分儀器未標稱角差指標或低功率因數下的功率測量精度。

            三、AnyWay堅持標稱全局精度

              所謂全局精度,是指在儀器的適用范圍內,寬頻帶高精度功率分析儀均能滿足標稱的精度指標。

              變頻電量具有頻率范圍寬、頻譜成分復雜、幅值范圍寬、可能面臨很低功率因數等特點。

              中國計量科學研究院首席科學家陸祖良先生考察指導銀河電氣的ATITAN變頻功率標準源項目時,曾經說,變頻電量的功率測量精度,按照目前的水平,就算是1級,只要能確定,都是一種偉大的進步!

              湖南銀河電氣有限公司在長期從事各種電機試驗站的過程中,深刻的體會到寬頻帶高精度功率分析儀等變頻電量測量儀器全局精度的重要性。

              目前,國內大部分變頻電量測量儀器的用戶對變頻電量測量的基礎知識匱乏,不能正確理解儀器儀表的技術指標。銀河電氣AnyWay系列寬頻帶高精度功率分析儀(WP4000變頻功率分析儀等)始終堅持全局精度的標稱方式,目的就是在適用范圍內,均能為用戶提供值得信賴的數據;而不是在每種不同的工況下都需要經過復雜的精度換算才能知道或者根本無法知道測量精度。

              以采用C型功率單元的WP4000變頻功率分析儀為例,其精度指標如下:

              DC,0.1Hz~400Hz范圍之內,電壓在0.75%~150%額定范圍之內,電流在1%~200%額定范圍之內,電壓、電流精度為讀數的0.2%;

              上述條件下,功率因數為1時,功率測量精度為0.2%;

              功率因數在0.2~1范圍之內時,功率測量精度為0.5%;

              功率因數在0.05~0.2范圍之內時,功率測量精度為1%;

              當然,并非所有場合都需要這么寬的適用范圍。例如,作為標準計量器具時,有時我們并不需要很寬的適用范圍,但是,需要很高的精度指標。

              銀河電氣推出的專業作為變頻電量測量儀器校準檢定使用的AP系列變頻功率標準表,采用了下述精度標稱方式:

              DC,0.1Hz~1500Hz范圍之內,功率因數等于1時,電壓、電流精度為0.01%rd+0.02%fs,功率精度為0.02%rd+0.03%fs。

              注:50Hz時,角差限值為0.03°,1500Hz時,角差限值為0.5°,不同功率因數下的功率測量精度可依此換算。

            四、展望

              2012年8月,湖南銀河電氣有限公司與湖南省計量檢測研究院及國防科技大學聯合研制的ATITAN變頻功率標準源通過國家質檢總局和湖南省科技廳組織的成果鑒定,其全局精度達到0.05級。

              2013年5月,國家質檢總局批文成立國家變頻電量測量儀器計量站,授權承擔全國范圍內變頻電量測量儀器設備檢定、測試任務。

              國家變頻電量測量儀器計量站起草的測量用變頻電量變送器、變頻電量分析儀等產品標準及檢定規程正在報批階段。

              國家變頻電量測量儀器計量站將于2014年7月前全面啟動變頻電量測量儀器的對外計量檢定服務,寬頻帶高精度功率分析儀等變頻電量測量儀器將逐步納入標準體系,其精度標稱方式將有法可依,其量值溯源和量值傳遞將逐步趨于規范。

             


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