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被遺忘的角差溯源

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  • 發(fā)布時(shí)間:2014/3/9 11:19:48
  • 作者:銀河電氣

一個(gè)真實(shí)的故事

  國(guó)內(nèi)某著名電機(jī)企業(yè)出口奧地利的牽引電機(jī),在奧地利某公司做試驗(yàn)時(shí),被告知送檢電機(jī)不合格!

  該企業(yè)專家在無(wú)意中發(fā)現(xiàn)依據(jù)對(duì)方的試驗(yàn)數(shù)據(jù),可以推算出電機(jī)效率大于1這一明顯違背客觀規(guī)律的結(jié)論。既然如此,其它的數(shù)據(jù)同樣不能作為判斷該電機(jī)不合格的依據(jù)。該專家據(jù)理力爭(zhēng),算是雙方扯平(算是不辱使命)!

  你不要說(shuō)我的電機(jī)不合格,同樣,我也不說(shuō)你的測(cè)試系統(tǒng)不合格!

  事實(shí)上,電機(jī)合不合格是值得討論的。毋庸置疑的是:該測(cè)試系統(tǒng)一定是不合格的!

  而該測(cè)試系統(tǒng)的功率分析儀和傳感器,都是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格溯源的,為什么會(huì)不合格呢?其中的奧妙就在于傳感器的角差指標(biāo)!

  因?yàn)?,?dāng)時(shí),國(guó)內(nèi)外并無(wú)可對(duì)該類傳感器進(jìn)行角差溯源的計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)!

  此次經(jīng)歷,讓該企業(yè)對(duì)電機(jī)試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)的重要性有了新的認(rèn)識(shí),對(duì)該企業(yè)后來(lái)整改電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)有很大的幫助!


被遺忘的角差溯源

  在電壓互感器和電流互感器中,一次信號(hào)與二次信號(hào)之間的相位差,習(xí)慣稱為角差。角差是電壓互感器和電流互感器非常重要的技術(shù)指標(biāo)。

  互感器主要用于不含高次諧波的工頻電量測(cè)試,對(duì)于變頻電機(jī)、變頻器、逆變器、整流器、變流器等電氣設(shè)備的變頻電量測(cè)試,互感器已經(jīng)不能勝任,目前應(yīng)用最廣的是霍爾電壓傳感器霍爾電流傳感器。

  在霍爾電壓傳感器霍爾電流傳感器中,我們很少聽(tīng)到角差的概念。事實(shí)上,包括LEM公司在內(nèi),目前幾乎所有生產(chǎn)的霍爾電壓、電流傳感器均未標(biāo)稱角差指標(biāo)。

  沒(méi)提到不代表不重要!

  事實(shí)上,在變頻電量測(cè)量中,傳感器的角差指標(biāo)比互感器角差指標(biāo)更為重要!

  因?yàn)?,電壓互感器和電流互感器的主要?yīng)用場(chǎng)合是電力系統(tǒng),而眾所周知,在電力系統(tǒng)中,功率因數(shù)被限定在一定的范圍之內(nèi)(通常要求在0.85以上),而角差對(duì)功率測(cè)量的影響的規(guī)律是:功率因數(shù)越高,影響越?。ㄔ斠?jiàn):不同功率因數(shù)下角差對(duì)功率測(cè)量準(zhǔn)確度的影響 )。

  在變壓器、電機(jī)、變流器等產(chǎn)品的檢試驗(yàn)中,卻有大量的試驗(yàn)是在低功率因數(shù)下進(jìn)行的。例如:變壓器的空載試驗(yàn)和堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)是大型電力變壓器的最主要的試驗(yàn);電機(jī)空載試驗(yàn)是確定電機(jī)效率的主要試驗(yàn);為了減小能量消耗,變頻器的負(fù)載試驗(yàn)在額定電流和極低功率因數(shù)下進(jìn)行,而此時(shí)的有功功率,就代表變頻器在額定狀態(tài)下的損耗。

  變壓器和電機(jī)屬于傳統(tǒng)產(chǎn)品,其試驗(yàn)方法也相對(duì)成熟,因此,早就有專業(yè)針對(duì)低功率因數(shù)下功率測(cè)量的儀表:低功率因數(shù)功率表(也稱低功率因數(shù)瓦特表)。然而,很少有人注意的是,低功率因數(shù)下,采用低功率因數(shù)功率表只解決了一部分問(wèn)題。若電壓互感器和電流互感器的角差指標(biāo)得不到控制,功率測(cè)量準(zhǔn)確度同樣沒(méi)有保障。

  而在變頻電量測(cè)量領(lǐng)域,儀表是新的(冠上各種頭銜的功率分析儀),傳感器是新的(主要是霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器),大家似乎都忘了還有角差這個(gè)概念!


角差溯源與整體溯源

  忘了不代表不重要!忽視客觀存在是要付出代價(jià)的!

  然而,霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器等變頻電量傳感器目前尚未頒布相關(guān)檢定規(guī)程或校準(zhǔn)方法,其角差溯源無(wú)公認(rèn)的有效的方法,角差指標(biāo)不易評(píng)價(jià)。

  那么,有沒(méi)有變通方法呢?

  方法是有的!

  角差溯源有困難!功率卻是可以溯源的!我們關(guān)心角差是因?yàn)槲覀円刂?strong>低功率因數(shù)下的功率測(cè)量準(zhǔn)確度!

  我們不妨將整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)在低功率因數(shù)下進(jìn)行校準(zhǔn),而不管具體某個(gè)元件的角差指標(biāo)、只要系統(tǒng)在全功率因數(shù)范圍內(nèi)都能準(zhǔn)確測(cè)量,就說(shuō)明系統(tǒng)的綜合角差是滿足測(cè)試需要的。

  上述溯源方法稱之為整體溯源。整體溯源不但可以跳過(guò)某些中間環(huán)節(jié)溯源難的問(wèn)題,還可以提供更具指導(dǎo)意義的精度指標(biāo)——系統(tǒng)精度

  然而,整體溯源也存在不足之處:

  構(gòu)成系統(tǒng)的某個(gè)部件損壞或更換都可能影響系統(tǒng)精度指標(biāo)!

  為了解決這個(gè)問(wèn)題,銀河電氣的解決思路是:將可能影響系統(tǒng)精度的部件全部集成在一個(gè)裝置內(nèi)。

  SP系列變頻功率傳感器就是通過(guò)下述方法實(shí)現(xiàn)了上述設(shè)計(jì)思路的一種新型的變頻電量傳感器。

  1、將變頻電壓傳感器和變頻電流傳感器組合為變頻功率傳感器。

  2、在變頻功率傳感器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)測(cè)量,直接輸出數(shù)字信號(hào)(前端數(shù)字化),接收、處理、顯示測(cè)量結(jié)果的二次儀表只進(jìn)行數(shù)字量的運(yùn)算,不影響測(cè)量精度。

  而按照上述設(shè)計(jì)思路實(shí)現(xiàn)的SP系列變頻功率傳感器,具有下述特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì):

  1、易于溯源,并且是整體溯源,傳感器精度決定系統(tǒng)精度!

  2、前端數(shù)字化產(chǎn)品大大增強(qiáng)了電磁兼容能力,易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜電磁環(huán)境下的高精度測(cè)量。

  3、變頻電壓傳感器和變頻電流傳感器組合之后,原先的電壓傳感器、電流傳感器和功率表三處相位補(bǔ)償變成了只需要電壓和電流的相位差的相位補(bǔ)償,補(bǔ)償環(huán)節(jié)減少了,角差指標(biāo)更容易控制,提高了低功率因數(shù)下的功率測(cè)量準(zhǔn)確度。


總結(jié)

  2014年7月,國(guó)家變頻電量測(cè)量?jī)x器計(jì)量站即通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收,并開(kāi)展對(duì)外檢定服務(wù),該計(jì)量站作為國(guó)內(nèi)唯一的變頻電量一級(jí)專業(yè)計(jì)量站,可對(duì)各種變頻電量變送器、變頻電量傳感器及變頻電量分析儀等變頻電量測(cè)量?jī)x器進(jìn)行嚴(yán)格的角差溯源。

  霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器早期主要用于控制測(cè)量,只對(duì)電壓和電流的測(cè)量精度負(fù)責(zé),廠家未對(duì)影響功率測(cè)量的角差指標(biāo)進(jìn)行控制和補(bǔ)償,也未對(duì)角差進(jìn)行標(biāo)定。當(dāng)我們把這類傳感器用于功率測(cè)量,尤其是低功率因數(shù)下的功率測(cè)量時(shí),一定要采用有效的方法對(duì)傳感器或系統(tǒng)的角差進(jìn)行驗(yàn)證,最有效的辦法就是讓廠家對(duì)角差指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)定并提供角差溯源證書(shū)或通過(guò)整體溯源的方式提供可替代角差溯源的系統(tǒng)校準(zhǔn)證書(shū)。


  作者:AnyWay中國(guó)
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