功率測(cè)量方法解析：從原理到應(yīng)用
隨著控制技術(shù)的發(fā)展，電壓、電流的調(diào)制信號(hào)得到更廣泛的應(yīng)用。如果信號(hào)帶有較高的諧波含量，傳統(tǒng)的有功功率測(cè)量方法將難以精確測(cè)量，本文基于功率分析儀的有功功率測(cè)量原理，結(jié)合在變頻器領(lǐng)域的測(cè)量應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
一、最常用的有功功率測(cè)量方法
1、相位法
通過(guò)相位測(cè)量電路測(cè)量電壓、電流的相位差，再根據(jù)正弦電路有功功率計(jì)算公式P=UIcosφ計(jì)算出有功功率。
由于有功功率計(jì)算公式P=UIcosφ是在正弦電路技術(shù)上推導(dǎo)出來(lái)的，該方法只適用于正弦電路的有功功率測(cè)量。
另外，由于相位測(cè)量電路通常采用過(guò)零檢測(cè)法，而交流電零點(diǎn)附近不可避免會(huì)有一定的毛刺，因此，相位測(cè)量精度較低。在低功率因數(shù)下的功率測(cè)量準(zhǔn)確度亦較低。
2、模擬乘法器法
采用模擬乘法器獲取電壓、電流的乘積，得到瞬時(shí)功率，再用固定的時(shí)間對(duì)瞬時(shí)功率進(jìn)行積分，即可獲得瞬時(shí)功率的平均值，也就是有功功率。該方法適用任意波形電量的有功功率測(cè)量。
二、功率分析儀的測(cè)量基本原理
以功率分析儀PA8000為例，測(cè)量的基本原理如下：
功率分析儀采樣電流和電壓信號(hào)
功率分析儀的每個(gè)測(cè)量通道，對(duì)輸入的電流或者電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，對(duì)采樣得到的數(shù)據(jù)按照特定公式計(jì)算得到結(jié)果。
其中u(n)為更新周期內(nèi)采集的電壓信號(hào)數(shù)據(jù)(瞬時(shí)數(shù)據(jù))，i(n)為更新周期內(nèi)采集的電流信號(hào)數(shù)據(jù)(瞬時(shí)數(shù)據(jù))，u(n)和i(n)為同一時(shí)刻的采樣數(shù)據(jù)。
三、有功功率的測(cè)量方法在變頻器的應(yīng)用
變頻器的主電路一般為“交—直—交”組成，在整流回路中接有大電容，輸入電流的波形不是正弦波;在逆變輸出回路中，輸出電壓信號(hào)時(shí)受PWM載波信號(hào)調(diào)整的波形，即輸入輸出都不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，有較多的高次諧波含量。
變頻器典型的輸入測(cè)波形如下：
對(duì)輸入測(cè)得有功率，傳統(tǒng)的計(jì)算公式為：
P=Urms*Irms*cosφ
其中P為有功功率;Urms為電壓有效值;Irms為電流有效值;φ為電壓電流夾角。
但是，變頻器的輸入電流含有高次諧波，很難測(cè)量出相位角，PA8000功率分析儀采用數(shù)字采用方法，即模擬乘法器法，對(duì)指定的有效周期內(nèi)獲取的瞬時(shí)電壓、電流的乘積，再用固定的時(shí)間對(duì)瞬時(shí)功率進(jìn)行積分，即可獲得瞬時(shí)功率的平均值，也就是有功功率，如下圖：
同樣，對(duì)變頻器的輸出側(cè)，電壓是頻率可調(diào)的載波信號(hào)，含有較多的高次諧波，如下圖：
