當前位置:首頁(yè)檢測中心基礎知識 │ 儀器帶寬對電機測試結果的影響

儀器帶寬對電機測試結果的影響

  • 瀏覽次數:7941次
  • 發(fā)布時(shí)間:2020/9/4 15:16:39
  • 作者:zl_yinhe

帶寬的理解

  帶寬一般是指的-3dB帶寬,即信號幅度衰減至輸入信號幅度的0.707倍時(shí)的頻率點(diǎn)。理論上帶寬越寬,適應性越強,能測到的諧波頻帶也越寬,這是大家的共識,但在實(shí)際操作中,儀器所呈現的帶寬往往不是儀器所標稱(chēng)帶寬。

  在功率分析儀中,標稱(chēng)的帶寬一般是指分析儀固有帶寬,即分析儀中采樣部分的線(xiàn)路帶寬。在實(shí)際應用中,功率分析儀一般不是單獨使用,而是與前端傳感器組成測試系統完成測量,并針對被測信號特性調整設置參數,如抗混濾波器截止頻率、采樣頻率等,故整個(gè)測試系統的帶寬才是我們使用到的帶寬,稱(chēng)為有效帶寬。圖1是被測信號進(jìn)入儀器帶寬衰減過(guò)程。

被測信號進(jìn)入儀器帶寬衰減過(guò)程

圖1 被測信號進(jìn)入儀器帶寬衰減過(guò)程

  圖1中,前端傳感器帶寬指電壓、電流傳感器的硬件特性帶寬;儀器固有帶寬指儀器標稱(chēng)的帶寬;防混疊濾波器帶寬是指為避免采樣信號發(fā)生頻譜混疊而設置的防混疊濾波器的截止頻率,通常低于采樣頻率1/2;有效帶寬是指信號經(jīng)過(guò)帶寬衰減后,整套測試系統能測量和分析到的頻帶寬度。

  通過(guò)圖1可知,整套測試系統有效帶寬主要由前端傳感器、儀器固有帶寬以及防混疊濾波器帶寬決定。有效帶寬取決于整套系統中的最小者。

帶寬對電壓、電流有效值測量的影響

  在交流電量中,電壓、電流的有效值均可依照以下公式進(jìn)行計算:

圖片1          (1)

  式(1)中,Gn指各次諧波分量電壓或電流的有效值;n指諧波次數。

  從式(1)中可看出,交流電量中,不同頻次的諧波均直接參與電壓RMS、電流RMS計算,因此:

  若是交流電量為純正弦電量,只要帶寬覆蓋信號基波頻率,即可有效測量出被測對象的電壓、電流有效值。

  若交流電量為變頻電量時(shí),則有效帶寬須覆蓋被關(guān)注的諧波頻次。這也是導致不同品牌/型號的儀器測量同一信號時(shí),RMS顯示結果不一致的主要原因之一,帶寬高的測量?jì)x器,RMS值要稍高。

  理論來(lái)說(shuō),儀器的帶寬越寬越好,但考慮到實(shí)際工業(yè)現場(chǎng)的應用環(huán)境因素,現場(chǎng)環(huán)境中充斥著(zhù)各類(lèi)高頻噪聲信號,當測試系統帶寬過(guò)高時(shí),較易引入這些非被測對象的高頻信號,導致整個(gè)測試系統精度降低。這也是示波器擁有極高的采樣率和帶寬指標卻無(wú)法完成精密測量的主要原因。

帶寬對有功功率測量的影響

  交流電量的有功功率計算公式如下:

圖片2          (2)

  式(2)中,Pavg指總有功功率; Un指n次諧波分量的電壓有效值; In指n次諧波分量的電流有效值;n指諧波次數。

  按照式(2)來(lái)說(shuō),有功功率包含了n=0時(shí)的直流分量做的功,n=1時(shí)基波做的功以及n>1時(shí)各次諧波所做的功。相比來(lái)說(shuō),有效帶寬較寬的儀器,所引入計算的諧波功率就多。

  實(shí)際情況是,由于測試系統的前端傳感器帶寬與儀器的帶寬不一致,尤其是高壓、大電流的傳感器帶寬會(huì )下降得更厲害,鉗住相當一部分高次諧波,導致整個(gè)測試系統的有效帶寬降低。

  同時(shí),由于前端電壓傳感器和電流傳感器的帶寬不一致,根據式2所示,高次諧波參與計算部分取決于帶寬較低傳感器單元,對于電機系統來(lái)說(shuō),因為負載電機的運行電流近似正弦波,其諧波含量遠小于其施加在繞組間的電壓信號,故若在電壓、電流傳感器帶寬一致的情況下,有功功率測量結果主要取決于測試系統中的電壓?jiǎn)卧?/p>

結論

  由以上分析可知,實(shí)際工程應用中,儀器由于設計原理和器件特性的差異,將呈現不同的有效帶寬,而不同的有效帶寬會(huì )導致出現不同的測量結果,令使用者難以取舍。我們希望有足夠寬的帶寬能測到包含更豐富的信號含量,也希望測量結果能給人準確的評估和參考。其實(shí)從測量的角度來(lái)說(shuō),這樣并非存在悖論,作為測量,我們應首先明確我們的被測量,根據被測量的特性來(lái)確定相應參數。

  就電機試驗來(lái)說(shuō),主要明確研究的目標對象,獲取目標對象的相應特征值。

  當研究諧波對電機影響之時(shí),因諧波所做的功主要表現為對鐵損、銅損以及絕緣性能的影響,因此,我們在選取合適帶寬時(shí),將主要考慮分量占比在一定數值內的高次諧波,當有效帶寬覆蓋到需要研究的范圍即可。

  當研究電機功耗及效率時(shí),由于電機的作用是將電能轉換成機械能,其用于出力的做功部分為基波部分,對諧波分量占比較小的高次諧波部分可適當放棄。因此帶寬選擇無(wú)須太高,通過(guò)其出力做功的基波有功功率來(lái)進(jìn)一步效率進(jìn)行評估。

  綜上所述,故建議測試系統有效帶寬選擇可參照GB/T 22670-2008 變頻器供電三相籠型感應電動(dòng)機試驗方法中的要求,一般是6~10倍調制頻率。


上一篇:影響功率分析儀測量結果的幾個(gè)重要因素

下一篇:沒(méi)有了

Copyright 2010-2017 www.myyfit.com, All Rights Reserved 湖南銀河電氣有限公司 版權所有 湘ICP備09002592號-5