变频功率传感器有何特征?

时间:2019-08-13 10:39:05 分享到:
核心提示:变频功率传感器是数字量输出型变频电量变送器的一种。它有什么特征呢?


  变频功率传感器是数字量输出型变频电量变送器的一种。它有什么特征呢?

  带宽

  应该具备合理的带宽,其带宽应能覆盖所需测量的变频电量的基波和关注的谐波的频率。

  以SPWM波形为例:

  假设SPWM波的载波频率为fc,基波频率为fs,fc/fs称为载波比N,对于三相变频器,当N为3的整数倍时,输出不含3次谐波及3的整数倍谐波。且谐波集中载波频率整数倍附近,即谐波次数为:kfc±mfs,k和m为整数。

  下图是基波频率fs=50Hz,载波频率fc=3kHz,调制比为0.8的SPWM的波形及频谱的Matlab仿真图。

  图中58次谐波和60次谐波的幅值分别为27.8%和27.7%,含量最大的谐波为119次和121次谐波,谐波幅值分别为39.1%和39.3%。即最大谐波在两倍载波频率附近。

  随着谐波频率的升高,谐波幅值整体呈现下降趋势,按照GB/T22670变频器供电三相笼型感应电动机试验方法的规定,变频电量变送器的带宽应该在载波频率的6倍以上,当载波频率为3kHz时,带宽至少为18kHz,实际使用建议采用30kHz以上带宽的变频功率传感器及变频功率分析仪。

  实际的SPWM波,其载波比不一定为整数,此时,为了降低频谱泄露,可适当增加傅里叶窗口长度,对多个基波周期的PWM进行傅里叶变换(FFT或DFT)。

  采样频率

  采样频率应该高于带宽的两倍以上,对于变采样频率的变频功率传感器,当采样频率低于传感器带宽2倍时,应当开启适当的防混叠滤波器,限制输入信号的带宽。

  精度

  作为变频电量测量的传感器/变送器,不仅仅在工频下可以获得准确度指标,而是应该在标称频率范围之内,误差应小于标称准确级对应的误差限值。

  由于变频功率传感器用于功率测量,其电压、电流的角差不可忽视。相同的角差,在不同功率因数下其功率测量的精度不同,且功率因数越低,角差对功率测量精度的影响越大。

  波峰因数

  由于变频器输出PWM波的波峰因数不是固定值,而是电压越低时,波峰因数越大,因此,变频功率传感器应能准确测量较高峰值因数的电压、电流信号、若不具备验证条件时,可以用较低的电压或较小的电流输入传感器,检验其测量准确度,一般而言,若能在较宽的幅值范围内实现高精度测量,即可在较高的波峰因数下实现较高的测量准确度。

  基波

  在复杂的周期性振荡中,包含基波和谐波。和该振荡最长周期相等的正弦波分量称为基波。相应于这个周期的频率称为基本频率。频率等于基本频率的整倍数的正弦波分量称为谐波。

  谐波

  谐波的危害十分严重——谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低,使电气设备过热、产生振动和噪声,并使绝缘老化,使用寿命缩短,甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振,使谐波含量放大,造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作,使电能计量出现混乱。对于电力系统外部,谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。

  谐波的危害

  1)谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗,降低了发电、输电及用电设备的效率,大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。

  (2)谐波影响各种电气设备的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外,还会产生机械振动、噪声和过电压,使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短,以至损坏。

  (3)谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振,从而使谐波放大,这就使上述(1)和(2)的危害大大增加,甚至引起严重事故。

  (4)谐波会导致继电保护和自动装置的误动作,并会使电气测量仪表计量不准确。

  (5)谐波会对邻近的通信系统产生干扰,轻者产生噪声,降低通信质量;重者导致住处丢失,使通信系统无法正常工作。

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