機床測試用電力分析儀的應(yīng)用介紹

為了滿足JB/T3382.2-2000標(biāo)準(zhǔn)中6.4章節(jié)的要求，經(jīng)過一年多時間的調(diào)訪，決定采用HIOKI3286型電力分析儀，成功地解決了機床的磨頭空載功率的測試工作。HIOKI3286型電力分析儀采用單片微處理器技術(shù)，可以完成對單相交流電動機或三相交流電動機的電壓、電流、有功功率、視在功率、功率因數(shù)、相位角等多項性能的測試。

1.功率因數(shù)

相位角的測量是通過測量電壓和電流過零點的差來完成的。如下圖所示。儀器通過相位角φ，電壓U和電流I來計算三相實時有功功率P，視在功率S，無功功率Q，反應(yīng)系數(shù)sinφ，功率因數(shù)cosφ。

對于變頻器或晶閘管調(diào)速電路的畸變輸入波形，或者是受干擾的畸變波形，測試會不準(zhǔn)確或根本不能進行測試。在三相功率因數(shù)表的模式下，有功功率的計算是當(dāng)作三相平衡負(fù)載處理的。如果三相不平衡，測試結(jié)果不準(zhǔn)確。

對于變頻器或晶閘管調(diào)速電路的畸變輸入波形的測試為什么會造成不準(zhǔn)確呢?這是因為對于畸變的波形，單相功率測量方式下測得的功率因數(shù)λ和單相功率因數(shù)測量方式下測得的功率因數(shù)λ是不同的。造成這種測量結(jié)果不同的，原因是單相功率測量方式是通過有功功率和視在功率來計算λ，即計算λ=P/S。而單相功率因數(shù)測量方式會將電壓波形和電流波形認(rèn)為是正弦波，通過相位角φ來計算λ。相位角測量是功率因數(shù)方式計算的基礎(chǔ)，如果說波形發(fā)生畸變，這種功率因數(shù)的測量方式計算會產(chǎn)生很大誤差，甚至是完全錯誤。因此，對于波形發(fā)生畸變時，應(yīng)該使用單相功率測量方式計算功率因數(shù)。

例如：

注：峰值因數(shù)為1.9的畸變波。

a)單相功率因數(shù)測量方式下的計算λ，功率因數(shù)測量方式會將電壓波形和電流波形認(rèn)為是正弦波，通過相位角來計算λ。相位角測量是功率因數(shù)方式計算的基礎(chǔ)，如果說電壓波形和電流波形是正常的，無疑單相功率因數(shù)測量方式下的計算λ結(jié)果是正確的。

b)如果說輸入的電壓波形和電流波形發(fā)生了畸變時，而單相功率因數(shù)測量方式同樣會將電壓波形和電流波形認(rèn)為是正弦波，通過相位角來計算λ。相位角測量也是功率因數(shù)方式計算的基礎(chǔ)，如果說波形發(fā)生畸變，這種功率因數(shù)的測量方式計算會產(chǎn)生很大誤差。因此，對于波形發(fā)生畸變時，應(yīng)該使用單相功率測量方式計算功率因數(shù)，原因是單相功率測量方式是通過有功功率和視在功率來計算λ。

c)三相功率因數(shù)測量方式下的計算λ，功率因數(shù)測量方式會將電壓波形和電流波形認(rèn)為是正弦波，通過相位角來計算λ。相位角測量是功率因數(shù)方式計算的基礎(chǔ)，如果說電壓波形和電流波形是正常的，無疑三相功率因數(shù)測量方式下的計算λ結(jié)果是正確的。

d)如果說輸入的電壓波形和電流波形發(fā)生了畸變時，而三相功率因數(shù)測量方式同樣會將電壓波形和電流波形認(rèn)為是正弦波，通過相位角來計算λ。相位角測量也是功率因數(shù)方式計算的基礎(chǔ)，如果說波形發(fā)生畸變，這種功率因數(shù)的測量方式計算會完全錯誤。因此，對于波形發(fā)生畸變時，應(yīng)該使用三相功率測量方式計算功率因數(shù)。原因是與單相功率測量方式相同，三相功率測量方式也是通過有功功率和視在功率來計算λ。

2.功率測量

a)對于單相電路而言，電機功率的計算公式是：P=IUcosφ，由于單相電路的功率測量電路是維一的測量回路，它的負(fù)載功率也是維一的，因此可以直接用HIOKI3286型電力分析儀測量，可以直接從HIOKI3286型電力分析儀上讀出測量結(jié)果，測量電路見附圖1。

b)對于三相電路而言，測量電路見附圖2，三相電機功率的計算公式是：P=1.732IUcosφ，由于三相電路的功率測量電路是三相的測量回路，這就涉及它的負(fù)載功率是否平衡，如果說它的負(fù)載功率是平衡的，可以直接用HIOKI3286型電力分析儀測量，從HIOKI3286型電力分析儀上讀出測量結(jié)果。

c)如果說它的負(fù)載功率不是平衡的，測量電路仍按附圖2，直接用HIOKI3286型電力分析儀測量，從HIOKI3286型電力分析儀上讀出測量結(jié)果就會產(chǎn)生較在的測量誤差。這是因為公式是：P=1.732IUcosφ，其中電流I的取值源于儀器的鉗形傳感器，如果說鉗形傳感器所測量的那一相的負(fù)載大，則測量結(jié)果的讀數(shù)就會相應(yīng)的增大，如果說鉗形傳感器所測量的那一相的負(fù)載輕，則測量結(jié)果的讀數(shù)就會相應(yīng)的減小。

因此，如果說它的負(fù)載功率不是平衡的，測量電路應(yīng)按附圖3，對電機功率進行二次測量，從HIOKI3286型電力分析儀上讀出的二次測量結(jié)果，進行相加。電機功率是：P=P1+P2

三相有功功率P=P1+P2=-O.54+1.98=1.44kW

三相視在功率S=0.866(2.61+2.57)=4.49kVA

功率因數(shù)λ=P/S=1.44/4.49=0.321

d)三相四線回路的測量，對于如果說它的負(fù)載功率是平衡的，三相四線回路的功率和功率因數(shù)測量是與三相三線回路的測量相同，不需要使用中線，同樣可以直接用HIOKI3286型電力分析儀測量，可以直接從HIOKI3286型電力分析儀上讀出測量結(jié)果。然而，對于三相不平衡負(fù)載，測量方式與單相二線系統(tǒng)相同，將單元設(shè)置為單相測量模式，但測量電路應(yīng)按附圖四進行接線和測量，以中線為基準(zhǔn)，對三相負(fù)載進行分別測量，分別從HIOKI3286型電力分析儀上讀出的三次測量結(jié)果，將這些功率讀數(shù)進行累加，此時的功率應(yīng)是：P=P1+P2+P3。