高精度功率表一般包括功率單元、傳輸系統和數據處理顯示單元兩大部分,功率單元將一次信號轉換為低電壓、小電流的模擬信號(或數字信號),通過傳輸系統送給數據處理顯示單元實現計算、分析與顯示等功能。高精度功率表測量結果的準確性由前端的功率單元(電壓、電流)精度和傳輸系統共同決定。
影響高精度功率表測量精度的因素主要有如下三點:
1. 功率單元電壓、電流精度指標
功率單元的電壓、電流精度指標,主要體現為電壓、電流的比差,直接影響了高精度功率表的測量結果。
2. 功率單元角差指標
角差是一次信號與二次信號的相位之差,在功率計算中,電壓與電流的相位角之差直接影響了功率的計算結果。特別是在低功率因數下(比如電機空載試驗),功率因數越低,同樣的角差對功率測量的準確度影響越大。大多數高精度功率表的功率測量準確級的參比條件是功率因數等于1,不明示測量難度大的低功率因數下的準確度指標。
3. 傳輸系統
傳輸系統是指功率單元與數據處理顯示單元之間的傳輸環節,可以是模擬量或數字量傳輸的電纜,也可以是數字量傳輸的光纖。
為了響應國家“節能減排”的號召,變頻調速技術已逐漸普及,現場電磁環境日益復雜,這對高精度功率表的電磁兼容性能提出了更高的要求。當傳輸環節為模擬量傳輸時,傳輸環節容易引入傳輸損耗及現場電磁干擾,最終影響高精度功率表測量精度。
為了實現高精度功率表在復雜電磁環境下的高精度測量,湖南銀河電氣有限公司研制了一種新型的基于光纖傳輸的高精度功率表——WP4000變頻功率分析儀。那么,該高精度功率表是通過什么樣的方式來解決上面的這些問題來保證高精度測量的呢?
如圖1所示,WP4000高精度功率表由數字量輸出的功率單元,數字量傳輸系統和數據處理及顯示單元構成。
圖1 前端數字化的高精度功率分析儀
第一,數字量輸出功率單元:采用首創的前端數字化技術及整體溯源技術,將被測量在測量前端(功率單元)進行就地數字化處理,數據處理及顯示單元接收的信號為數字信號,功率單元的精度即為WP4000高精度功率表的測量精度。
第二,功率單元角差:WP4000高精度功率表的功率單元具有極小的角差,并采用獨特的相位補償技術,能實現功率因數在0.05-1范圍內的高精度測量。
第三,數字量傳輸系統:采用光纖作為傳輸介質,配合前端數字化技術,將功率單元轉換的數字信號通過光纖傳輸至功率表進行運算與分析,避免了傳輸過程中引入的電磁干擾及線路傳輸損耗,保證了長距離傳輸和強電磁干擾環境下的高精度測量。
WP4000高精度功率表一經推出,立即得到了用戶的廣泛認可。2012年8月12日通過國家科技成果鑒定的變頻電量測量儀器基準——ATITAN變頻功率標準源的功率測量標準儀表就是特殊定制的A型WP4000高精度功率表。目前,WP4000高精度功率表已為近十個國家級第三方檢定機構作為能效計量檢定的核心儀器。
圖2 一種基于光纖傳輸的高精度功率表——WP4000變頻功率分析儀
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