用模块高速数据采集卡进行功率测量
介绍
瞬时功率是通过计算外加电压和电流的乘积而得。实际功率(P)是瞬时功率的平均值或者有效值,测量单位是瓦特。电路包括电抗元件(电感器或者电容器)能够储存能量并且逆转功率流向因而功率能从负载流回电源。这是无功功率(R),测量单位是无功伏安或者VAR。实际和无功功率的矢量和叫做总和或者视在功率,如图1所示。
通道数量取决于要做单端还是差分测量。差分测量进行每一次测量会结合两个通道。对于一个单相,线路测量,四个通道能够产生出两个差分通道。对于每种相位做三个相位测量则需要6个或者更多的通道。假设三个差分电压通道和一个单端电流通道,那么则需要9个通道。由于大多数高速数据采集卡提供1到16中的二进制级数(1/2/4/8/16)个通道,你可以选择接下来更高一级数量的通道来完成测量工作。
瞬时功率可以通过使用Sbench6的模拟计算电流和电压波形的乘积计算得到。功率显示在左侧的网格里。功率的峰峰值和平均值也在左侧信息窗口里列举出来了。瞬时功率的平均值代表实际功率,记录值为6.6瓦特。
已经采集到的电流和电压波形我们可以扩展其研究分析到频域范围,通过图3显示线电流(下方左侧)和线电压波形(上方左侧)的平均频谱。
三相电功率是一种多相AC配电系统,包含电力功率的产生,传输和分配。它被用来给大的发动机和其他重电力负载供电。一个三相系统通常比一个单相或者双相系统在类似的电压水平上更经济,因为它用更少的导电材料来传输电力。一个单相AC电源需要两个导体,一个三相电源能够仅仅只多一个导体就传输三倍的功率。这意味着可以只增加50%的传输费用而增加200%的传输功率。
Pt = Ia*Van + I b* Vbn + I c*Vcn
图5显示了相电压,相电流,线电压的矢量图。电压的计算是矢量计算的。
在一个平衡系统中线电压的大小等于 倍的相电压。注意到相电压在线电压前面30度。这是一个向量减法的结果,用来通过相电压计算线电压。
高电压差分探针是用来测量线电压和相电压的,他们对于原信号有一个100:1的衰减。高速数据采集卡产生的相电压输入的结果是1.69Vpk(3.38Vpk-pk)。这些电压需要按比例乘以100倍,因为使用了÷100的探针。这个产生的结果就是相电压为169Vpk(338Vpk-pk)。这是120Vrms。这个线电压是 倍的相电压,或者208Vrms。这是在美国常见的三相电压。
通道Va,Vb,和Vc是通过相电压测量的。Vab,Vbc,和Vca是计算的线电压。相电压和相临线电压之间的相位差是30度,通过在左侧的窗口中变焦跟踪的光标测量可确认。线电压,Vab在16.67ms的一个周期中滞后于相电压Va 1.38ms。相电压之间的相位差是120度。
在图7中,我们显示了一个WYE连接的负载(我们能够同时获得相电压和线电压)的相电压(Va, Vb, Vc),相电流(Ia, Ib, Ic)和相功率损耗(Pa, Pb, 和Pc)。将相电压乘以相关的相电流,得到的结果就是每一种相位的瞬时相功率。瞬时功率的平均值就是实际功率分量。三相功率的总和就是负载的总实际功率。
这个测量是称为三瓦特(three-wattmeter)功率测量。为了让这个测量使用外部差分探针来测量电压,需要6个通道。如果使用单端探针,则通道数需要增加到9。在高速数据采集卡配置中通道数高可指定到16的弹性是这种测量的一个主要优势。
PT(t) = Vac(t) ia(t) + Vbc(t) ib(t)
PT = Va(t) ia(t) + Vb(t) ib(t) + Vc(t) ic(t)
但是,用基尔霍夫电流定律:ia + ib + ic = 0 或 +ic = - ia - ib
PT(t) = Va(t) ia(t) - Vc(t) ia(t) - Vc(t) ib(t)+ Vb(t) ib(t)
PT (t) = Vac(t) ia(t) + Vbc(t) ib(t)
这里Va - Vc º Vac 及Vb – Vc º V bc
这是一个应用双瓦特法的例子,用Spectrum高速数据采集卡的四个通道和两个差分电压,两个差分电流探针就可以完成。
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