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          為什么說DT數字變送器是萬用型電量變送器?

          • 瀏覽次數:6367次
          • 發布時間:2014/4/1 9:54:36
          • 作者:AnyWay中國

          一、傳統工頻正弦電量變送器

            傳統電量變送器通常針對單一特征值而設計。例如:電壓變送器、電流變送器、功率因數變送器、有功功率變送器、無功功率變送器等等。其中,電壓變送器和電流變送器依據測量原理和適用范圍的不同,又可分為有效值變送器真有效值變送器。
            也有些變送器可同時輸出多個特征值,例如:某些功率變送器可同時輸出電壓有效值、電流有效值、有功功率和功率因數等等,這類電量變送器被稱為多參數電量變送器。
            對于傳統工頻正弦交流電參量,上述變送器基本可以滿足各類需求。原因是工頻正弦電參量可以采用單一的或有限的特征值描述。
          傳統電量變送器
          圖1. 傳統電量變送器
            例如:對于正弦電壓信號,可以用下述公式唯一描述:
            U(t)= √2Usin(2πft+θ)
            由公式可知,正弦電壓信號可以由U(有效值)、f(頻率)和θ(初始相位)三個參數唯一決定,由于這些參數可以用于描述信號的特征,我們稱其為信號特征值。
            對于工頻正弦電壓信號而言,頻率f固定為50Hz(某些國家為60Hz)。而對于單個信號而言,初始相位θ僅僅與起始參考時刻有關,沒有實際意義。因此,只需要電壓有效值一個特征值即可完整描述該信號。
            類似的,工頻正弦電流信號只需要電流有效值一個特征值即可描述。
            當存在多個信號時,為了明確兩個信號之間的相位關系,相位差φ是有意義的。
            電壓、電流的相位差取余弦就是功率因數。而功率因數與電壓有效值和電流有效值的乘積就是有功功率。
            因此,在工頻正弦交流電參量測試中,我們只需要非常有限的幾個特征值,就可以完整的了解被測電參量。一般只需要電壓變送器、電流變送器和功率因數變送器即可滿足測試需要。
            對于非工頻正弦電量,只需要增加一個頻率變送器即可。

          二、傳統電量變送器面臨的挑戰

            然而,隨著電力電子技術、變頻調速技術、新能源技術和高效電源技術等的高速發展,電子工程師需要面對的電參量發生了根本性的變化!
            這類電量,可能是非工頻的正弦電量,也可能是工頻的非正弦電量,甚至可能是非工頻的非正弦電量。由于這類電量通常與變頻器有關,我們稱其為變頻電量。對于非工頻的正弦電量,如前所述,仍然可以采用少量的特征值表述。但是,由于頻率變化范圍較寬,對于低頻段或高頻段,對電量變送器器件特征及電路原理都提出了不同的要求。
            而對于非正弦的變頻電量,由于沒有嚴格的規律可循,很難用少量的特征值進行統一的描述。也就很難用傳統的電量變送器進行全面的測量分析。
          非正弦電量難以用傳統電量變送器測量其全部特征值
          圖2. 非正弦電量難以用傳統電量變送器測量其全部特征值

          三、非正弦電量變送器

            對于非正弦電量,我們可以用諧波失真或波形畸變率描述其偏離正弦的程度,因此,出現了諧波失真變送器。由于諧波失真變送器實現較復雜,成本較高,對于要求不高的場合,也有用峰值因數變送器判斷被測電量偏離正弦的程度。因為正弦波的峰值因數是已知的,如果被測電量的峰值因數與正弦波的峰值因數偏離較大,我們可以認為被測電量的諧波失真較大。類似原理,還有一種方法就是用基于均值檢波峰值檢波的兩種有效值變送器對同一電量進行測量,若測量結果偏差較大,認為諧波失真較大。
            如果我們還希望知道被測變頻電量的包含哪些諧波、這些諧波的幅值和相位分別為多少的時候,比如說,我們希望了解被測變頻電量的前100次諧波的幅值和相位時,需要用200個特征值描述。這時候,如果我們還希望采用一個變送器輸出一個或多個特征值的電量變送器,先不談實現難度,系統的復雜程度都會讓你望而生畏!
            我們需要另辟蹊徑!
            仔細分析傳統的電量變送器,我們會發現這些變送器都有下述共同特點!
            1、輸出是方便測量的直流電量,一路輸出只能代表一個特征值!
            并且,這類特征值一般是某種形式的平均值。比如說:
            均值檢波法的有效值變送器是一段時間內(一般要求遠遠大于單個信號周期)信號幅值的絕對值的平均值再乘以一個固定的系數。真有效值變送器輸出是一段時間內信號幅值的平方和求平均后再開方。
            2、輸出信息一般少于輸入信息。
            比如說:真有效值電壓變送器,輸出除了真有效值這一特征值之外,其余特征值全部丟失了!
            理論上,對于特征值可以窮舉的電量,我們可以用上述電量變送器逐一還原其特征值。
            實際應用中,對于特征值較少的正弦電量,采用窮舉的方法是合適的。當特征值超過一定數量時,這種窮舉的方法必然帶來成本過高的結果!
            實際上,對于變頻電量,如果針對某一特定電量,其特征值也是有限的。至少,其基本特征值往往是有限的。而其它很多特征值,可以通過基本特征值進行簡單運算獲取。但是,由于變頻電量沒有固定的規律,作為較為通用的變頻電量變送器,需要針對各種不同的變頻電量進行測量時,這種特征值是不能窮舉的!
            而對于特征值不能窮舉的電量,我們該如何做呢?
            筆者認為,下述方法是可以接受的!
            列出部分關注頻度較高的特征值,同時,保留被測信號的全部信息,需要時候采用其它方法獲取未列舉的特征值。

          四、DT數字變送器

            上述思路,正是DT數字變送器的設計理念!
          DT數字變送器是一種萬用型電量變送器
          圖3、DT數字變送器是一種萬用型電量變送器
            DT數字變送器通過高速交流數字采樣獲取可以代表被測有限帶寬變頻電量全部信息的數字樣本序列。該樣本序列保留了被測信號的全部信號。
            DT數字變送器輸出數字信號經過光纖及DH2000數字主機傳輸至上位機,上位機通用軟件依據樣本序列計算出關注頻度較高的特征值。專用軟件和定制軟件或用戶自編程軟件依據樣本序列運算出需要的任意特征值。
            DT數字變送器、DH2000數字主機及通用上位機軟件構成的系統,稱為DH2000數據采集系統,而采用各種專用軟件構成的系統,依據特征值種類可以分為:
            1、真有效值電壓表、真有效值電流表、相位表、相序表、功率因數表等常用儀表;
            2、零序電流表、開口三角電壓表、相敏指零儀、選頻電壓表、選頻電流表等專用儀表;
            3、諧波檢測儀、電能質量分析儀等高端儀器。
            4、不能窮舉的可替代各種電量變送器的特征值儀表。
            綜上所述,DT數字變送器輸出信號為包含輸入信號全部信息的完整樣本序列,通過計算機運算即可獲取被測電量的任意特征值,屬于多參數電量變送器,更是一種萬用型電量變送器。


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