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      功率計實測“怪象”分析:有功功率>視在功率?


        來源: 橫河測試測量 時間:2021-08-12 編輯:儀器儀表WXF
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      實測問題


      大致情況是用AC電源驅動電源產品,由電子負載控制輸出功率,采用WT系列功率分析儀測量電流、電壓、功率等參數,電壓采用并聯的方式、電流采用100A額定的shunt采集,壓降由BNC線接入WT系列功率計的外部傳感器端子。按測試工程師的描述:在正常工況下,電流/電壓功率等電力參數測試數據均無異常,但在低載約80VA測試時(約數百毫安電流),WT系列功率計的顯示會出現:視在功率=0、無功功率=0、電流=0、但奇怪的是此時的有功功率會顯示數十W的數值(波動較大)。


      測試中,為了驗證數據可靠性,如圖采用兩臺WT同時測量(電壓并聯),采集同一個外部傳感器的電流信號。


      原理剖析


      從以上的現場實測數據來看,確實出現了難以理解的怪現象。我們熟知的中學物理及電工原理中對于有功、無功、視在功率的定義為:


      有功、無功、視在功率的定義


      由以上定義可知,對于交流功率,視在功率肯定是大于或等于有功功率,不可能出現有功功率不等于零而視在功率為零的現象。那么WT系列功率計測量時出現如圖1的顯示,是否意味著WT運算BUG或者儀器有故障呢?


      答案是否定的,儀器的顯示沒有BUG也沒有故障,要解釋這個貌似BUG的現象就要從功率計測量原理談起。


      功率計測量公式


      從以上公式可以看出,電壓Urms、電流Irms、有功功率P的測量都是通過瞬時采樣的電流、電壓進行積分運算后平均,而WT系列功率計顯示的視在功率S和無功功率Q是如何計算得到的呢?

      視在功率S=UrmsxIrms、

      Q2=S2-P2(1P2W)

      在這里我們可以看到,WT系列功率計顯示的視在功率與測量的有功功率P無關,S的大小取決于Urms和Irms,這就很容易理解為什么有功功率P有數值顯示,而視在功率和無功功率都為0,原因就在此時的Irms為0。


      可是為什么明明有80VA的輸出,而Irms測量數值為0呢?這是因為功率計對測量的顯示范圍有如下規定(WT210):

      如果電壓或電流跌到額定量程的0.5%(峰值因素3;峰值因素6時,為1.0%)以下,視在功率(VA)和無功功率(var)將顯示“0”,功率因數(PF)和相位角(deg)則顯示“err”。


      下表列舉了目前主流WT系列功率計的Urms和Irms顯示范圍(額定量程)


      主流WT系列功率計的Urms和Irms顯示范圍


      在這個實測案例中,使用的是100A額定的分流器,可以判斷,此時的電流肯定是小于500mA,數值小于最小顯示范圍因此被忽略了。那么有人會問:為什么有功功率P有數值顯示呢,從上面的公式可以明白,有功功率是電壓瞬時值與電流瞬時值相乘,此時雖然電流很小但電壓瞬時值很大,相乘之后的數值達到了最小可顯示值的要求,因此有功功率有數值顯示。


      再繼續深入思考:此時顯示的有功功率P靠嗎?答案也是否定的。首先按WT210的誤差來計算,有功功率誤差0.2% 加上0.2級的分流器誤差,那么誤差至少0.4%,此時的功率量程300Vx100A=30KW,也就是說誤差就超過120W,幾十W波動很大的顯示值根本不可靠。此外即使Irms有顯示,100A額定的分流器,幾百毫安的電流壓降也就零點幾個毫伏,這么小的電壓在接入外部傳感器端子時,外界的噪聲和干擾會會覆蓋真實信號,造成電流及有功P測量顯示“假數據”。


      解決方案


      對于這種工況(大電壓/小電流)怎樣才能精準測量呢?推薦采用儀器本體測量,即電流直接串聯的方式(如 下圖)

      關鍵詞:功率計 有功功率 視在功率    瀏覽量:8088

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