电力计一般philips中文课件

1、功率测量横河电机株式会社通信测量仪器事业部基本计测仪器开发中心1目录功率测量的基本功率计的测量原理失真波形的功率谐波测量2功率测量的基本功率计的测量原理3基本：电压有效值、电流有效值、功率测量（有效功率、皮相功率、无效功率）、功率因素、相位差、效率电压以及电流的频率（交流的情况）累积电流量（Ah）、累积功率量（Wh）测量（WT3000的话、VAh，varh也可实现）谐波（电压有效值、电流有效值、功率基本波形成分、各次数成分、综合谐波失真率等）应用：电压、电流波形显示发动机评价（扭矩、旋转速度、发动机功率、发动机效率等）功率计的测量项目注意谐波测量和一般测量（非谐波测量的测量）的测量原理不同。

2、稍后在谐波的介绍之前,都是针对于一般测量的说明4电压输入波形电流输入波形瞬间功率波形通过LPF实现平均化平均化方式有效功率u(t)i(t)u(t)i(t)功率测量原理5电压输入波形电流输入波形瞬间功率波形在1个周期或数周期间平均化有效功率u(t)i(t)u(t)i(t)需要正确验出周期,但是原理上有1个周期的话,就能运算出有效功率,故可实现高速化平均化方式功率测量原理6交流信号的实效值、平均值有效值 与直流相比 拥有相同能源的值 RMS Root Mean Square平均值 整流后平均的值 MEAN（Rectified Mean）振幅值实效值振幅率=（振幅系数）正弦波的情况 =（振幅系数）7

3、电压输入波形电流输入波形瞬间功率波形u(t)|u(t)|u(t)2交流电压、电流的测量原理平方根系数8为了模拟运算 、显示输入信号,进行变换模拟功率计模拟运算式功率计（25332533E）内部构成电压输入电路模拟计算电路低通滤波器变压器部DMM部CT绝缘CPU等数据处理A/D变换器波形输出模拟（DC）输入RMSMEANDCRMSMEANDC乘法计算器电流输入电路CT绝缘模拟电路多、容易受到时间变化及元件不一的影响。因为线路LPF的方式（平均化方式）低通滤波器的时间常数的错误会引起电压,电流间应答的错误应答时间慢。9数字功率计数字式功率计内部构成输入信号变换成之后、用运算并显示模拟电路少、容易广

4、带宽化、高精度化。特长电压输入电路电流输入电路A/D变换器A/D变换器photo coupler 绝缘高速A/D部DSP平均化处理CPU接口等DSP&CPU部通过数字化,可实现平均化处理的多样化将平均化方式的LPF时间常数进行数字过滤化后最优化可对应平均化方式的区间平均电压-电流-功率间的相互关系得到维持。通过对数字数据进行运算处理简单实现高功能化photo coupler 绝缘10 YOKOGAWA的功率计自1980年后半期起到1990年前半期1996Digital Power Meter 2533Digital Power Meter 2531 WT2000Digital Power Me

5、ter WT110/130/1000199620012005Precision Power Analyzer WT3000Digital Power Meter WT1600模拟方式数字方式平均化方式2 (ASSP)数字方式平均化方式 (EAMP)新数字方式ASSP + EAMPWT210/2302002199311电压U电流 I有效功率P Active PowerUIcosRMS输入直接入电阻元件时的消费功率直流和、为发生相等能源的交流值MEAN正弦波输入时获得RMS计算和相同值的简易计算方式DC单纯平均电压电流的测量交流的电压电流测量的方式电压、电流可更改测量模式。有效功率测量与测量模式的

6、设定无关。12有效功率以外的测量项目无效功率 Q (Var)= UIsinReactive power皮相功率 S (VA) = UI Apparent power功率因数 (PF) = cos Power Factor相位 =cos-1（） Phase Angle皮相功率 S(VA)无效功率 Q(Var)有效功率 P(W)S(VA),P(W),Q(Var)的关系S(VA)2 = P(W)2 + Q(Var)2自电压、电流、有效功率测量值运算得出。电压电流模式的设定Q、S、不同。其他的功率测量项目电压、电流、有效功率自瞬间数据开始运算13交流型号的实效、平均值振幅值实效值振幅率 =（振幅系数）

7、正弦波的情况 =（振幅系数）ADC电压输入ADC或输入电路的动态范围输入范围限定输入最高输入允许范围输入最高允许值输入范围限定值振幅系数 =交流信号的振幅系数測定器的振幅系数Q）用振幅系数3的测量仪器测量振幅系数的波形？A)只要扩大范围就可以。例）100Vrms 振幅5的波形500Vpk振幅3 100V范围到300Vpk振幅3 300V范围到900Vpk14功率测量的基本失真波形的功率15失真谐波110203040次数谐波分析 结果基本波形次谐波周期性的 失真波形次谐波与失真波形的周期相同的正弦波失真波形的整数倍的频率的正弦波周期性的失真波形是产生于合成复数的正弦波的波形谐波的大小周期性的失真

8、波形可用基本波形的整数倍的频率合成来表示16失真波形的有效值失真波形的实效值是各频率成分的实效值的2平方根求得的。“重叠的原理如果成立的话、针对原基本波形,形成直流成分和谐波的失真波形就以下的数字公式表现。失真波形的实效值17失真波形的误差主因方形波（）誤差測定高調波次数上限 第次第次第次第次第次第次第次三角波誤差測定高調波次数上限第次第次第次失真波形里连高频率成分也包含着,测量仪器的带宽如果没有延伸到高频率就容易成为误差的原因。理论上,三角波形的话,需要基本波形的5倍以上的带宽,方形波形的情况,需要200倍左右的带宽。并且不仅仅是带宽、还必须要注意在高频率状态下的测量精度。失真波形的测量带宽

9、18失真波形的功率失真波形的功率是由相同频率成分的电压电流以及功率的累积总和所得到。“重叠的原理”如果成立的话、针对原基本波形,形成直流成分和谐波的失真波形就以下的数字公式表现。失真波形的有效功率19失真波形的功率电压波形电流波形频率成分频率成分功率频率成分P（）U（）因波形失真,功率减小。（变成不是cos。）Total的功率称为综合功率以作区别。I（1）I（）I（）I（7）I（9）对于失真波形的无效功率没有正确的定义20功率测量的基本谐波测量21FFT谐波的测量波形（时间领域）通过FFT运算切换成频率、测量各频率成分。失真波形FFT计算357基本波形 谐波 3f谐波 5f谐波 7fWT的话，

10、将电压电流的各频率成分用实效值来表示22Fourier变换uuririuiFourier级数所有的周期函数可用三角函数的和来记述。Fourier积分将周期扩张到无限大，尽可能利用于所有的函数。Fourier变换对波形的时间函数进行Fourier积分的话，频率函数X(f)被导出只采集信号频率之方法电压实效值有效功率无效功率相位Fourier变换电流实效值与一般测量的测量方法不同。23衰减器放大器A-D转换器内存 显示 线路时间轴CPUclock条件采样时钟f（Hz）FFT点数N采样时钟100kHzFFT点数1000最大分析频率50kHz频率分辨率100Hz10020030040050060049

11、,50049,60049,70049,80049,90050,000(Hz)Fourier变换实现案例FFT最大分析频率f/2 (Hz)频率分辨率f/N (Hz)24FFT运算和谐波测量窗口配合输入信号的周期，一旦决定采样速度就可正确测量输入周期的整数倍谐波。例：基本波形50Hz的情况采样频率 基本波形频率90045000HzFFT数据数：9000点分析窗幅1012169000 点900 点3.75Hz60Hz180HzFFT运算结果120Hz25谐波测量通过Fourier变换输入电压、电流波形可直接算出特定频率成分的电压、电流、有效功率、无效功率。电压电流有效功率无效功率 皮相功率功率因素

12、皮相功率 S(VA)无效功率 Q(Var)有效功率 P(W)每个频率成分都构成U,I,P,Q,S的关系k次FFT結果 電圧実数部k次FFT結果 電圧虚数部k次FFT結果 電流実数部k次FFT結果 電流虚数部k次26YOKOGAWA的功率计50/60Hz10kHz100kHz1MHz1kHz0.11.0测量宽带功率基本精度%QA/评价测试 市场R&D 市場保养维修市场面向现场（野外/Line）WT3000精度：0.06%宽带：DC, 0.1Hz1MHzWT2000精度：0.08%宽度：DC, 2Hz300kHzPZ4000精度：0.125% 带宽：DC2MHzWT210/WT230精度：0.2%

13、带宽：DC, 0.5Hz100kHz面向试验台（测试/开发）市场WT1600精度：0.15%带宽：DC, 0.5Hz1MHzCW140/CW240（M&C产品)27振幅值实效值振幅率 =（振幅系数）正弦波的情况 =（振幅系数）ADC电压输入ADC输入的最大峰值输入的实效值振幅系数 =交流信号的振幅系数真的输入原因外来噪音测量仪器内部线路噪音ADC的采集WT1600/WT3000約200kSpsPZ4000最大5MSps（根据设定）未能正确获得峰值的主因未能正确获得峰值的主因噪音重叠依存于测量仪器及测量范围采集速度越快越能正确获得。若是迂回波形、长时间测量的话,在平均化效果上即使采集速度很慢却能捕捉峰值。28ADC电压输入ADC输入的最大峰值输入的实效值振幅系数 =在10Vrms的10kHz的正弦波上重叠1Vrms的100kHz的正弦波（噪音）的情况下ADC输入的最大峰值10Vrms10kHz的正弦波的峰值14.142V