变频功率传感器

编辑:客气网互动百科 时间:2020-04-09 08:13:41
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变频功率传感器是数字量输出型变频电量变送器的一种。

变频功率传感器定义

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变频功率传感器通过对输入的电压、电流信号进行交流采样,再将采样值通过电缆、光纤等传输系统与数字量输入二次仪表相连,数字量输入二次仪表对电压、电流的采样值进行运算,可以获取电压有效值电流有效值、基波电压、基波电流谐波电压谐波电流有功功率基波功率谐波功率等参数。

变频功率传感器特征

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变频功率传感器带宽

应该具备合理的带宽,其带宽应能覆盖所需测量的变频电量的基波和关注的谐波的频率。
以SPWM波形为例:
假设SPWM波的载波频率为fc,基波频率为fs,fc/fs称为载波比N,对于三相变频器,当N为3的整数倍时,输出不含3次谐波及3的整数倍谐波。且谐波集中载波频率整数倍附近,即谐波次数为:kfc±mfs,k和m为整数。
下图是基波频率fs=50Hz,载波频率fc=3kHz,调制比为0.8的SPWM的波形及频谱的Matlab仿真图。
图中58次谐波和60次谐波的幅值分别为27.8%和27.7%,含量最大的谐波为119次和121次谐波,谐波幅值分别为39.1%和39.3%。即最大谐波在两倍载波频率附近。
随着谐波频率的升高,谐波幅值整体呈现下降趋势,按照GB/T22670变频器供电三相笼型感应电动机试验方法的规定,变频电量变送器的带宽应该在载波频率的6倍以上,当载波频率为3kHz时,带宽至少为18kHz,实际使用建议采用30kHz以上带宽的变频功率传感器及变频功率分析仪
实际的SPWM波,其载波比不一定为整数,此时,为了降低频谱泄露,可适当增加傅里叶窗口长度,对多个基波周期的PWM进行傅里叶变换(FFT或DFT)。

变频功率传感器采样频率

采样频率应该高于带宽的两倍以上,对于变采样频率的变频功率传感器,当采样频率低于传感器带宽2倍时,应当开启适当的防混叠滤波器,限制输入信号的带宽。

变频功率传感器精度

作为变频电量测量的传感器/变送器,不仅仅在工频下可以获得准确度指标,而是应该在标称频率范围之内,误差应小于标称准确级对应的误差限值。
由于变频功率传感器用于功率测量,其电压、电流的角差不可忽视。相同的角差,在不同功率因数下其功率测量的精度不同,且功率因数越低,角差对功率测量精度的影响越大。

变频功率传感器波峰因数

由于变频器输出PWM波的波峰因数不是固定值,而是电压越低时,波峰因数越大,因此,变频功率传感器应能准确测量较高峰值因数的电压、电流信号、若不具备验证条件时,可以用较低的电压或较小的电流输入传感器,检验其测量准确度,一般而言,若能在较宽的幅值范围内实现高精度测量,即可在较高的波峰因数下实现较高的测量准确度。

变频功率传感器基波

在复杂的周期性振荡中,包含基波和谐波。和该振荡最长周期相等的正弦波分量称为基波。相应于这个周期的频率称为基本频率。频率等于基本频率的整倍数的正弦波分量称为谐波。

变频功率传感器谐波

谐波的危害十分严重——谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低,使电气设备过热、产生振动和噪声,并使绝缘老化,使用寿命缩短,甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振,使谐波含量放大,造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作,使电能计量出现混乱。对于电力系统外部,谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。

变频功率传感器谐波的危害

1)谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗,降低了发电、输电及用电设备的效率,大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。
(2)谐波影响各种电气设备的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外,还会产生机械振动、噪声和过电压,使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短,以至损坏。
(3)谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振,从而使谐波放大,这就使上述(1)和(2)的危害大大增加,甚至引起严重事故。
(4)谐波会导致继电保护和自动装置的误动作,并会使电气测量仪表计量不准确。
(5)谐波会对邻近的通信系统产生干扰,轻者产生噪声,降低通信质量;重者导致住处丢失,使通信系统无法正常工作。

变频功率传感器应用

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首先,变频功率传感器适用于工频电量测量和计量。
其次,变频功率传感器适用于带宽范围内的任意电参量的测量和计量。广泛应用于电力推进、电机、风机、水泵、风力发电、轨道交通、电动汽车、变频器、特种变压器、荧光灯、LED照明等领域的产品检试验、能效评测及电能质量分析。[1] 
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参考资料
  • 1.    变频电量变送器标准送审稿