•                        變頻功率傳感器

   

變頻功率傳感器是數(shù)字量輸出型變頻電量變送器的一種。

定義

變頻功率傳感器通過對(duì)輸入的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行交流采樣，再將采樣值通過電纜、光纖等傳輸系統(tǒng)與數(shù)字量輸入二次儀表相連，數(shù)字量輸入二次儀表對(duì)電壓、電流的采樣值進(jìn)行運(yùn)算，可以獲取電壓有效值、電流有效值、基波電壓、基波電流、諧波電壓、諧波電流、有功功率、基波功率、諧波功率等參數(shù)。

特征

  帶寬

   應(yīng)該具備合理的帶寬，其帶寬應(yīng)能覆蓋所需測(cè)量的變頻電量的基波和關(guān)注的諧波的頻率。

以SPWM波形為例：

   假設(shè)SPWM波的載波頻率為fc，基波頻率為fs，fc/fs稱為載波比N，對(duì)于三相變頻器，當(dāng)N為3的整數(shù)倍時(shí)，輸出不含3次諧波及3的整數(shù)倍諧波。且諧波集中載波頻率整數(shù)倍附近，即諧波次數(shù)為：kfc±m(xù)fs，k和m為整數(shù)。

    下圖是基波頻率fs=50Hz，載波頻率fc=3kHz，調(diào)制比為0.8的SPWM的波形及頻譜的Matlab仿真圖。

   圖中58次諧波和60次諧波的幅值分別為27.8%和27.7%，含量最大的諧波為119次和121次諧波，諧波幅值分別為39.1%和39.3%。即最大諧波在兩倍載波頻率附近。

    隨著諧波頻率的升高，諧波幅值整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，按照GB/T22670變頻器供電三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法的規(guī)定，變頻電量變送器的帶寬應(yīng)該在載波頻率的6倍以上，當(dāng)載波頻率為3kHz時(shí)，帶寬至少為18kHz，實(shí)際使用建議采用30kHz以上帶寬的變頻功率傳感器及變頻功率分析儀。

    實(shí)際的SPWM波，其載波比不一定為整數(shù)，此時(shí)，為了降低頻譜泄露，可適當(dāng)增加傅里葉窗口長(zhǎng)度，對(duì)多個(gè)基波周期的PWM進(jìn)行傅里葉變換（FFT或DFT）。

采樣頻率

   采樣頻率應(yīng)該高于帶寬的兩倍以上，對(duì)于變采樣頻率的變頻功率傳感器，當(dāng)采樣頻率低于傳感器帶寬2倍時(shí)，應(yīng)當(dāng)開啟適當(dāng)?shù)姆阑殳B濾波器，限制輸入信號(hào)的帶寬。

精度

   作為變頻電量測(cè)量的傳感器/變送器，不僅僅在工頻下可以獲得準(zhǔn)確度指標(biāo)，而是應(yīng)該在標(biāo)稱頻率范圍之內(nèi)，誤差應(yīng)小于標(biāo)稱準(zhǔn)確級(jí)對(duì)應(yīng)的誤差限值。

   由于變頻功率傳感器用于功率測(cè)量，其電壓、電流的角差不可忽視。相同的角差，在不同功率因數(shù)下其功率測(cè)量的精度不同，且功率因數(shù)越低，角差對(duì)功率測(cè)量精度的影響越大。

波峰因數(shù)

    由于變頻器輸出PWM波的波峰因數(shù)不是固定值，而是電壓越低時(shí)，波峰因數(shù)越大，因此，變頻功率傳感器應(yīng)能準(zhǔn)確測(cè)量較高峰值因數(shù)的電壓、電流信號(hào)、若不具備驗(yàn)證條件時(shí)，可以用較低的電壓或較小的電流輸入傳感器，檢驗(yàn)其測(cè)量準(zhǔn)確度，一般而言，若能在較寬的幅值范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，即可在較高的波峰因數(shù)下實(shí)現(xiàn)較高的測(cè)量準(zhǔn)確度。

基波

   在復(fù)雜的周期性振蕩中,包含基波和諧波。和該振蕩最長(zhǎng)周期相等的正弦波分量稱為基波。相應(yīng)于這個(gè)周期的頻率稱為基本頻率。頻率等于基本頻率的整倍數(shù)的正弦波分量稱為諧波。

諧波

   諧波的危害十分嚴(yán)重——諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。諧波還會(huì)引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂。對(duì)于電力系統(tǒng)外部，諧波對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。

諧波的危害

 （1）諧波使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率，大量的3次諧波流過中性線時(shí)會(huì)使線路過熱甚至發(fā)生火災(zāi)。

（2）諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作。諧波對(duì)電機(jī)的影響除引起附加損耗外，還會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴(yán)重過熱。諧波使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以至損壞。

（3）諧波會(huì)引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，這就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起嚴(yán)重事故。

（4）諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作，并會(huì)使電氣測(cè)量?jī)x表計(jì)量不準(zhǔn)確。

（5）諧波會(huì)對(duì)鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量；重者導(dǎo)致住處丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。

應(yīng)用

    首先，變頻功率傳感器適用于工頻電量測(cè)量和計(jì)量。

    其次，變頻功率傳感器適用于帶寬范圍內(nèi)的任意電參量的測(cè)量和計(jì)量。廣泛應(yīng)用于電力推進(jìn)、電機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵、風(fēng)力發(fā)電、軌道交通、電動(dòng)汽車、變頻器、特種變壓器、熒光燈、LED照明等領(lǐng)域的產(chǎn)品檢試驗(yàn)、能效評(píng)測(cè)及電能質(zhì)量分析。