三相功率測試儀器對比-凯发国际

前言

力科電機驅動凯发官网入口（MDA）具有8個12bit高分辨率輸入通道，可提供與功率凯发国际相當的三相功率測量。功率凯发官网入口推出已有多年，且在各種應用中廣泛使用，通常情況下，很多的設置和參數選擇會對測量結果產生重大影響， 本文概述了如何正確看待功率凯发国际官网首页與力科MDA電機驅動凯发官网入口，并解釋了兩種儀器之間測量結果的差異。

測試周期（“同步”）計算

首先，對于正確的功率分析，必須確定功率計算的周期，力科MDA和橫河功率凯发k8官方旗舰店都是使用"同步"信號來確定測量周期，在這兩種設備中，同步信號都可以使用低通濾波器處理，以降低錯誤周期出現的概率，參考下圖MDA中同步信號的確定設置︰

對于近似正弦信號（干擾和失真較小），這兩種儀器使用相同的低通濾波器設置都能找到同樣的正確測量周期，然而力科 MDA能提供更廣泛的選擇，

力科電機驅動凯发国际官网首页還能夠調整磁滯區間，允許軟件忽略干擾測量周期計算的非單調性，這些在MDA軟件說明書中有詳細的說明，這種設置對有較高失真的信號（例如無刷直流六步換向信號）或者由于高壓和失效事件產生的高畸變信號非常有用。

請注意，力科電機驅動凯发国际還可以顯示濾波后的同步信號，并與測量周期疊加，使同步信號設置更容易被理解，請參見下圖（同步信號疊加顯示在底部）。

最后，力科電機驅動凯发官网入口將同步濾波器和磁滯設置作為數據采集后的軟件處理過程，然而大多數功率凯发官网入口是在數據采集過程中對波形應用同步濾波器和磁滯設置，因此，力科 MDA可以在采集波形后，再對設置進行更改。而在功率凯发国际官网首页中通常是無法做到的。結合同步周期疊加顯示，可以使用MDA的采集后處理來調節濾波器和磁滯設置以獲取最佳結果，無需放棄所獲得的數據，重新進行采集。

視在功率公式

在橫河的功率凯发国际官网首页中，用戶可以在設置菜單中選擇下面的任意公式測量視在功率 (S):

1.  \(Vrms * Irms\) ，和力科提供的一樣，詳見本文檔

2. \(Vmean * Imean\) ，校準到RMS有效值的整流平均值的乘積

3.  \(Vdc * Idc\) ，電壓和電流簡單平均值的乘積

4.  \(Vmean * Irms\)，電壓整流平均值和電流RMS有效值的乘積

5.  \(Vrmean * Irmean\) ，電壓和電流整流平均值的乘積

力科只提供 \(Vrms*Irms\) 視在功率計算方法，如果需要對比橫河功率凯发官网入口和力科MDA的的功率值結果，須將功率凯发k8国际上的視在功率計算方法設置為\(Vrms*Irms\)。

三相（總）功率計算

力科采用一種方法計算功率值，而橫河提供三種不同的方法，并且返回不同的結果，下面是力科和橫河在單個功率周期計算功率的方法摘要---完整的公式描述請參見各自的指導手冊。需注意的是, 下表假定橫河功率凯发国际官网首页采用 \(Vrms*Irms\) 公式計算視在功率。

對于完美的正弦（零失真）波形，是可以測量電壓和電流正弦波之間的相位角 φ的。然而，當波形有畸變時（例如 PWM 驅動器輸出波形），是無法測量相角 φ的，因此，力科方法或橫河類型2方法是對于畸變波形的無功功率（和功率因數以及相角）可以產生準確結果的唯一方法（對于正弦波形兩者也能產生準確的結果）。

橫河功率凯发k8国际在有購買諧波測量模式選項的型號上提供類型3方法，此選項似乎是使用PLL從一個PWM信號定義基波信號，然后該儀器通過比較基波電壓和電流，以及通過N次諧波為基波和每次諧波確定的功率確定相位角，這和力科提供的諧波濾波器設置值  “基波”或者“基波 + N”（見下文）的結果類似，前提是橫河功率凯发国际官网首页的硬件鎖相環能夠適應采集窗口內測量信號周期的任何變化。

橫河的功率凯发k8国际能夠準確測量任何狀況下的有功功率，如果僅僅對有功功率計算感興趣，所有方法都是合適的，但是為了準確計算S, Q,λ和φ，工程師必須從橫河功率凯发国际中選擇正確的方法。

每相功率的計算

橫河使用了和計算三相總功率相同的公式計算每相功率，但是一次只計算一相。

當使用三相四線（三電壓三電流）連接方式測量Line-Neutral或者Line-Reference電壓時，橫河視在功率=\(Vrms*Irms\)的類型2測量方法和力科 MDA通常是一致的。

然而，如果采用Line-Line電壓測試方法，橫河功率凯发国际測量出來的每相功率將會是不平衡的和錯誤的，盡管三相總功率是正確的，差異的原因如下：

1. 橫河三相三線（三電壓，三電流）連線方式原本被作為兩瓦特計法設置定義，這對從三電壓和三電流轉換為兩電壓和兩電流的測量是有好處的，功率凯发国际官网首页無需重新連線。當然這也意味著，在每相中，Line-Line電壓和電流不能正確的相互關聯。參看圖1（橫河）和圖2（力科）

2. 力科三相三線（三電壓，三電流）連線方式也可以使用兩瓦特計法計算三相總功率，但是同時保持每相中正確的矢量關系，以此得到正確的每相功率，力科簡單的反轉一路電壓波形計算三相總體功率

3.  橫河設定的電壓關系對三相總功率（有功功率、視在功率、無功功率）、相位角、功率因數都是沒有影響的，這是由于他們連線設置中電壓和電流的矢量關系，對于用來計算總體功率的兩瓦特計算法是正確的。

4. 這兩種設備都可以支持Line-Line到Line-Neutral的轉換（橫河稱之為delta-star轉換，這是一個需要額外購買的選項），力科的MDA在轉換時會計算出每相的P, S, Q, λ和 φ，橫河的功率凯发官网入口僅能計算出P。

橫河連線設置的實際影響是電壓電流對都有不同的相位關系（這將導致錯誤的每相功率計算），如下實際三相采集所示

帶有和不帶有Line-Line到Line-neutral(Delta-Star)的計算結果分別如下所示：

功率靜態分析VS.動態分析

橫河功率凯发k8国际計算小段采集時間（幾個周期）的平均值，存在一個提高平均值刷新率的選項，但是它還是計算所定義的時間段或者多個周期的平均值，同步信號是通過FPGA上的PLL電路決定的，依賴于PLL環路帶寬，它對寬幅變化的速度的鎖定能力有限，通常，對于具有緩慢變化測量同步周期的穩態信號，這是沒有實際限制的，所以，橫河的功率凯发k8国际非常適合測試穩態下的平均功率（恒定負載、扭矩、速度等）。

力科的MDA可以采集一小段數據計算平均功率，顯示在一個表格中，如前所述，同步周期是用軟件算法確定的，同時，由于沒有功率凯发国际官网首页的限制，它也可以在動態條件下進行準確的測量。

如果負載是動態的，功率凯发国际官网首页很可能不能提供有意義的結果，首先，確定在簡單、靜態、穩態負載條件下的關系，然后嘗試動態下的關系，如果在動態條件下，結果沒有相關性，這可能是由于功率凯发官网入口無法準確地確定或者驗證同步信號，而這些對力科 MDA是沒有限制的。

總結

通常，凯发官网入口很容易將功率凯发k8官方旗舰店和力科MDA放在一起對比，力科提供了更多的直觀反饋，特別是在準確確定測量同步信號上，這對準確測量功率至關重要，在某些狀況下，橫河的功率凯发官网入口不同的設置或者連線方式導致不同的結果，一旦工程師理解其中的本質，就會更容易理解這些結果出現的原因。