•                        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輸入的電壓、電流信號進行交流采樣，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電壓、電流的采樣值進行運算，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，對于三相變頻器，當(dāng)N為3的整數(shù)倍時，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，按照GB/T22670變頻器供電三相籠型感應(yīng)電動機試驗方法的規(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，帶寬至少為18kHz，實際使用建議采用30kHz以上帶寬的變頻功率傳感器及變頻功率分析儀。

    實際的SPWM波，其載波比不一定為整數(shù)，此時，為了降低頻譜泄露，可適當(dāng)增加傅里葉窗口長度，對多個基波周期的PWM進行傅里葉變換（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，應(yīng)當(dāng)開啟適當(dāng)?shù)姆阑殳B濾波器，限制輸入信號的帶寬。

精度

   作為變頻電量測量的傳感器/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)確級對應(yīng)的誤差限值。

   由于變頻功率傳感器用于功率測量，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)下其功率測量的精度不同，且功率因數(shù)越低，角差對功率測量精度的影響越大。

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，波峰因數(shù)越大，因此，變頻功率傳感器應(yīng)能準(zhǔn)確測量較高峰值因數(shù)的電壓、電流信號、若不具備驗證條件時，可以用較低的電壓或較小的電流輸入傳感器，檢驗其測量準(zhǔn)確度，一般而言，若能在較寬的幅值范圍內(nèi)實現(xiàn)高精度測量，即可在較高的波峰因數(shù)下實現(xiàn)較高的測量準(zhǔn)確度。

基波

   在復(fù)雜的周期性振蕩中,包含基波和諧波。和該振蕩最長周期相等的正弦波分量稱為基波。相應(yīng)于這個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。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現(xiàn)混亂。對于電力系統(tǒng)外部，諧波對通信設(shè)備和電子設(shè)備會產(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會使線路過熱甚至發(fā)生火災(zāi)。

（2）諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作。諧波對電機的影響除引起附加損耗外，還會產(chǎn)生機械振動、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）諧波會導(dǎo)致繼電保護和自動裝置的誤動作，并會使電氣測量儀表計量不準(zhǔn)確。

（5）諧波會對鄰近的通信系統(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量和計量。

    其次，變頻功率傳感器適用于帶寬范圍內(nèi)的任意電參量的測量和計量。廣泛應(yīng)用于電力推進、電機、風(fēng)機、水泵、風(fēng)力發(fā)電、軌道交通、電動汽車、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、能效評測及電能質(zhì)量分析。