一變頻節能技術的發展與現狀

　　電機是風機、泵、壓縮機、機床、傳輸帶等各種設備的驅動裝置，廣泛應用于冶金、石化、化工、煤炭、建材、公用設施等多個行業和領域，是用電量最大的耗電機械。據統計測算，2011年，我國電機保有量約17億千瓦，總耗電量約3萬億千瓦時，占全社會總用電量的64%，其中工業領域電機總用電量為2.6萬億千瓦時，約占工業用電的75%。我國電機能效水平逐步提高，但總體能效水平仍然較低。

　　由此電機及電機系統節能是節能減排的重要組成部分，而變頻調速是電機系統節能的重要途徑。電機能效提升計劃(2013-2015)將變頻調速技術作為電機系統節能改造技術指南中的關鍵技術之一，變頻調速技術用風機、水泵的流量調節，節能可達10~50%。

　　隨著變頻調速技術節能上優勢以及政策的大力扶持，變頻調速技術已深入我們生活的每個角落，變頻空調、冰箱、洗衣機等家用電器，工業機器人、自動化出版設備、加工工具、傳輸設備、電梯、壓縮機、軋鋼、風機泵類、電動汽車、起重設備及其它領域中都得到廣泛應用。

　　但是變頻調速高速發展的同時，人們對變頻電量測量技術的認識還遠遠不夠。

二什么是變頻電量

　　變頻電量是指用于傳輸功率的、信號頻譜包含兩種或更多的被關注的頻率成分、或包含一種頻率成分，但頻率不局限于工頻的交流電信號。變頻電量包括電壓、電流以及電壓電流引出的有功功率、無功功率、視在功率、有功電能、無功電能等。

　　說到變頻電量，人們最容易聯想到的就是變頻空調、變頻器、變頻恒壓供水等。這類變頻裝置中的變頻，是指基波頻率可變。

　　正因為如此，許多人認為，變頻電量就是頻率范圍較寬。

　　實際上，變頻電量不僅僅發生在上述裝置中，并且，即便是上述裝置中的變頻電量，基波頻率變化僅僅是目的，就變頻電量本身特點而言，變化的不僅僅是頻率。

　　變頻電量不僅僅是頻率的變化，變頻電量測量與計量，是一個全新的課題，變頻電量對電參數測量儀器提出了全新的要求(參見“電參數測試儀面臨的機遇與挑戰”)!

　　理論和實踐證明：

　　1、頻率為50Hz、有效值為100V的PWM波，采用不同儀表，測量結果可在100~1000V甚至更寬的范圍內變化!

　　2、頻率測量5%的誤差，對于正弦電量的影響一般在0.01%之內，而對變頻電量的影響可能達到100%。

　　3、決定功率因數的相位差，不再有明確的物理意義!

三WP4000變頻功率分析儀在變頻電量測量中應用

　　WP4000變頻功率分析儀是一款適用于變壓器、整流器、逆變器、變頻器等各類變流器及電機、電器產品的檢試驗、能效評測及諧波分析的寬頻帶、高精度功率分析儀，是電力電子技術、變頻調速技術和新能源技術高速發展的必然產物和健康持續發展的重要基礎儀器，是變頻電量測量儀器國家計量基準的原型。

01WP4000變頻功率分析儀的特點

　　1. 前端數字化使WP4000在復雜電磁環境下仍可提供可信賴的數據

　　電磁能的廣泛應用，使工業技術的發展日新月異。電磁能在為人類創造巨大財富的同時，也帶來一定的危害。

　　電磁環境日益復雜，良好的電磁兼容性是儀器儀表精度得以體現的前提。WP4000變頻功率分析儀采用前端數字化技術，由數字量輸出的變頻電量變送器和數字量輸入的數字主機及傳輸數字信號的光纖構成，前端數字化與光纖傳輸完全避免了復雜電磁環境下傳輸環節本身的衰減和干擾，同時截斷了傳感器的最重要的干擾傳播途徑，增強了傳感器和系統的電磁兼容性能。

　　2. 首創的大儀器技術

　　WP4000變頻功率分析儀采用獨有的大儀器技術，將變頻電量變送器與數字主機通過光纖傳輸實現有機的完美整合變頻電量變送器可實現100μV~15kV電壓、100μA~7kA電流，及功率等參量的直接測量。

　　3. 唯一標稱系統精度的功率分析儀

　　常規功率測試系統由功率分析儀、電壓傳感器、電流傳感器、輔助電源及傳輸線路等部件構成。各個部件的精度及各個部件的匹配度都會對系統精度造成影響。系統精度是目標精度

　　部件精度猶如木桶效應中一塊木板的長度，最低精度的部件對系統精度起到決定性作用，最高精度的部件在系統中無用武之地。

　　WP4000變頻功率分析儀采用前端數字化技術，傳輸光纖和數字主機，不會引入誤差，變頻電量變送器的精度就是系統精度。唯一標稱全局精度的變頻功率分析儀全局精度是指在儀器的適用范圍內，變頻功率分析儀均能滿足標稱的精度指標。部分進口高精度功率分析儀采用最佳精度點的精度作為標稱精度，同時標稱了很寬的適用范圍，標稱精度與適用范圍脫節。下圖為采用A型變頻電量變送器的WP4000變頻功率分析儀與某進口高精度功率分析儀的實際精度對比圖。

　　4. 唯一標稱相對精度的變頻功率分析儀

　　幾乎所有儀表的精度指標都是反映引用誤差，精度指標只有在滿量程時有效，即精度與量程是不可分割的一個整體。

　　判斷測量結果是否準確，關心的是相對誤差。

　　例如：儀表量程為15kV，精度為0.1%，我們并不能由此判斷測量結果是否準確：

　　若被測量為15kV，測量精度為0.1%; 若被測量為1500V，測量精度為1%;

　　若被測量為150V，測量精度為10%; 若被測量為75V，測量精度為20%。

　　WP4000的變頻電量變送器內置8個可自動無縫轉換的量程，15kV量程的功率單元測量75V～15kV的精度均為0.1%!

02WP4000變頻功率分析儀的主要功能

　　1. 數字功率計

　　WP4000變頻功率分析儀依據所選用的線路圖，可在主界面上直接顯示與線路圖對應的相關參數，并對每個參數以習慣名稱命名。電壓、電流參數根據需要可選擇顯示真有效值rms、基波有效值h01、算術平均值avg、校準平均值mean等，功率根據需要可選擇顯示總有功功率Pavg，基波有功功率Ph01。默認狀態下，分析儀啟用自動無縫量程轉換，并在被測參量右側顯示當前使用的檔位。

　　2. 電能質量分析儀

　　計算設定時間內的頻率穩定度、幅值穩定度、總諧波失真THD、總諧波因數THF、電壓諧波因數HVF、電流諧波因數HCF等電能特征值。采用對稱分量法計算正序分量、負序分量、零序分量。依據國標、IEEE、NEMA、CIGRE等標準計算三相不平衡度等參數。可方便的判斷變壓器、變頻器等各種變流器及電機試驗臺的試驗電源是否符合相關標準要求。

　　3. 實時示波器

　　WP4000變頻功率分析儀的示波器功能采用固定采樣率的實時采樣技術，避免了變采樣率示波器測量高帶寬、低基波頻率PWM波形時因采樣頻率過低造成混疊失真及等效采樣示波器不能準確測量非周期波形等問題，可完整查看低至0.1Hz的PWM波形。WP4000變頻功率分析儀可在電機、變壓器、變頻器及各類變流器的電參量測試中替代專業示波器，且無需考慮探頭量程問題。

　　4. 諧波檢測儀

　　WP4000變頻功率分析儀采用高性能雙核嵌入式CPU模塊，內存大，運算速度快，可在250kHz的采樣頻率下，實現0.1Hz基波頻率SPWM波形的DFT變換。確保了采樣頻率與信號頻率的同步，保證諧波分析結果的正確性與準確性。儀器可直接顯示100次諧波，通過擴展的上位機軟件，可實現2000次(不大于100kHz)諧波實時運算。WP4000變頻功率分析儀可替代各種諧波分析儀，特別適用變頻器輸出的SPWM波形的諧波分析。

　　5. 無紙記錄儀

　　WP4000變頻功率分析儀設置了截屏與采集功能。截屏功能相當于照相機，每按下一次，記錄一次屏幕快照。采集功能則記錄所有通道的瞬時采樣數據和運算的各種穩態特征值。截屏和采集以文件方式記錄在外部連接的存儲器上或系統設置的存儲目錄下。存儲容量取決于連接的存儲設備(分析儀內置150GB硬盤)，幾乎不受限制，徹底解決了常規無紙記錄儀存儲容量較小，不能滿足長時間記錄的問題。

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