一變頻節(jié)能技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀

　　電機(jī)是風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)、機(jī)床、傳輸帶等各種設(shè)備的驅(qū)動(dòng)裝置，廣泛應(yīng)用于冶金、石化、化工、煤炭、建材、公用設(shè)施等多個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域，是用電量最大的耗電機(jī)械。據(jù)統(tǒng)計(jì)測算，2011年，我國電機(jī)保有量約17億千瓦，總耗電量約3萬億千瓦時(shí)，占全社會(huì)總用電量的64%，其中工業(yè)領(lǐng)域電機(jī)總用電量為2.6萬億千瓦時(shí)，約占工業(yè)用電的75%。我國電機(jī)能效水平逐步提高，但總體能效水平仍然較低。

　　由此電機(jī)及電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能是節(jié)能減排的重要組成部分，而變頻調(diào)速是電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能的重要途徑。電機(jī)能效提升計(jì)劃(2013-2015)將變頻調(diào)速技術(shù)作為電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造技術(shù)指南中的關(guān)鍵技術(shù)之一，變頻調(diào)速技術(shù)用風(fēng)機(jī)、水泵的流量調(diào)節(jié)，節(jié)能可達(dá)10~50%。

　　隨著變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)能上優(yōu)勢以及政策的大力扶持，變頻調(diào)速技術(shù)已深入我們生活的每個(gè)角落，變頻空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)等家用電器，工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)化出版設(shè)備、加工工具、傳輸設(shè)備、電梯、壓縮機(jī)、軋鋼、風(fēng)機(jī)泵類、電動(dòng)汽車、起重設(shè)備及其它領(lǐng)域中都得到廣泛應(yīng)用。

　　但是變頻調(diào)速高速發(fā)展的同時(shí)，人們對變頻電量測量技術(shù)的認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(guān)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(lián)想到的就是變頻空調(diào)、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?yàn)槿绱耍S多人認(rèn)為，變頻電量就是頻率范圍較寬。

　　實(shí)際上，變頻電量不僅僅發(fā)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(diǎn)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(jì)量，是一個(gè)全新的課題，變頻電量對電參數(shù)測量儀器提出了全新的要求(參見“電參數(shù)測試儀面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)”)!

　　理論和實(shí)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(jié)果可在100~1000V甚至更寬的范圍內(nèi)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(nèi)，而對變頻電量的影響可能達(dá)到100%。

　　3、決定功率因數(shù)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(yīng)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(jī)、電器產(chǎn)品的檢試驗(yàn)、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(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)和新能源技術(shù)高速發(fā)展的必然產(chǎn)物和健康持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)儀器，是變頻電量測量儀器國家計(jì)量基準(zhǔn)的原型。

01WP4000變頻功率分析儀的特點(diǎn)

　　1. 前端數(shù)字化使WP4000在復(fù)雜電磁環(huán)境下仍可提供可信賴的數(shù)據(jù)

　　電磁能的廣泛應(yīng)用，使工業(yè)技術(shù)的發(fā)展日新月異。電磁能在為人類創(chuàng)造巨大財(cái)富的同時(shí)，也帶來一定的危害。

　　電磁環(huán)境日益復(fù)雜，良好的電磁兼容性是儀器儀表精度得以體現(xiàn)的前提。WP4000變頻功率分析儀采用前端數(shù)字化技術(shù)，由數(shù)字量輸出的變頻電量變送器和數(shù)字量輸入的數(shù)字主機(jī)及傳輸數(shù)字信號的光纖構(gòu)成，前端數(shù)字化與光纖傳輸完全避免了復(fù)雜電磁環(huán)境下傳輸環(huán)節(jié)本身的衰減和干擾，同時(shí)截?cái)嗔藗鞲衅鞯淖钪匾母蓴_傳播途徑，增強(qiáng)了傳感器和系統(tǒng)的電磁兼容性能。

　　2. 首創(chuàng)的大儀器技術(shù)

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

　　3. 唯一標(biāo)稱系統(tǒng)精度的功率分析儀

　　常規(guī)功率測試系統(tǒng)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(gòu)成。各個(gè)部件的精度及各個(gè)部件的匹配度都會(huì)對系統(tǒng)精度造成影響。系統(tǒng)精度是目標(biāo)精度

　　部件精度猶如木桶效應(yīng)中一塊木板的長度，最低精度的部件對系統(tǒng)精度起到?jīng)Q定性作用，最高精度的部件在系統(tǒng)中無用武之地。

　　WP4000變頻功率分析儀采用前端數(shù)字化技術(shù)，傳輸光纖和數(shù)字主機(jī)，不會(huì)引入誤差，變頻電量變送器的精度就是系統(tǒng)精度。唯一標(biāo)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(nèi)，變頻功率分析儀均能滿足標(biāo)稱的精度指標(biāo)。部分進(jìn)口高精度功率分析儀采用最佳精度點(diǎn)的精度作為標(biāo)稱精度，同時(shí)標(biāo)稱了很寬的適用范圍，標(biāo)稱精度與適用范圍脫節(jié)。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(jìn)口高精度功率分析儀的實(shí)際精度對比圖。

　　4. 唯一標(biāo)稱相對精度的變頻功率分析儀

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

　　判斷測量結(jié)果是否準(zhǔn)確，關(guān)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(jié)果是否準(zhǔn)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(nèi)置8個(gè)可自動(dòng)無縫轉(zhuǎn)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(shù)字功率計(jì)

　　WP4000變頻功率分析儀依據(jù)所選用的線路圖，可在主界面上直接顯示與線路圖對應(yīng)的相關(guān)參數(shù)，并對每個(gè)參數(shù)以習(xí)慣名稱命名。電壓、電流參數(shù)根據(jù)需要可選擇顯示真有效值rms、基波有效值h01、算術(shù)平均值avg、校準(zhǔn)平均值mean等，功率根據(jù)需要可選擇顯示總有功功率Pavg，基波有功功率Ph01。默認(rèn)狀態(tài)下，分析儀啟用自動(dòng)無縫量程轉(zhuǎn)換，并在被測參量右側(cè)顯示當(dāng)前使用的檔位。

　　2. 電能質(zhì)量分析儀

　　計(jì)算設(shè)定時(shí)間內(nèi)的頻率穩(wěn)定度、幅值穩(wěn)定度、總諧波失真THD、總諧波因數(shù)THF、電壓諧波因數(shù)HVF、電流諧波因數(shù)HCF等電能特征值。采用對稱分量法計(jì)算正序分量、負(fù)序分量、零序分量。依據(jù)國標(biāo)、IEEE、NEMA、CIGRE等標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算三相不平衡度等參數(shù)。可方便的判斷變壓器、變頻器等各種變流器及電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)電源是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　3. 實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)采樣技術(shù)，避免了變采樣率示波器測量高帶寬、低基波頻率PWM波形時(shí)因采樣頻率過低造成混疊失真及等效采樣示波器不能準(zhǔn)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(jī)、變壓器、變頻器及各類變流器的電參量測試中替代專業(yè)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(nèi)存大，運(yùn)算速度快，可在250kHz的采樣頻率下，實(shí)現(xiàn)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(jié)果的正確性與準(zhǔn)確性。儀器可直接顯示100次諧波，通過擴(kuò)展的上位機(jī)軟件，可實(shí)現(xiàn)2000次(不大于100kHz)諧波實(shí)時(shí)運(yùn)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(shè)置了截屏與采集功能。截屏功能相當(dāng)于照相機(jī)，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(shí)采樣數(shù)據(jù)和運(yùn)算的各種穩(wěn)態(tài)特征值。截屏和采集以文件方式記錄在外部連接的存儲(chǔ)器上或系統(tǒng)設(shè)置的存儲(chǔ)目錄下。存儲(chǔ)容量取決于連接的存儲(chǔ)設(shè)備(分析儀內(nèi)置150GB硬盤)，幾乎不受限制，徹底解決了常規(guī)無紙記錄儀存儲(chǔ)容量較小，不能滿足長時(shí)間記錄的問題。

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