AnyWay宽带功率测试系统Word文档下载推荐.docx
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OFF
0.3%（读数的0.1%+量程的0.2%）
0.5%（读数的0.2%+量程的0.3%）
500Hz
0.8%（滤波器影响0.5%）
1.5%（滤波器影响1%）
5.5kHz
0.5%（滤波器影响0.2%）
0.8%（滤波器影响0.3%）
50kHz
30Hz≤
f
45Hz
0.08%（读数的0.03%+量程的0.05%）
0.1%（读数的0.05+量程的0.05%）
0.58%（滤波器影响0.5%）
1.1%（滤波器影响1%）
0.28%（滤波器影响0.2%）
0.4%（滤波器影响0.3%）
表二：
频率
线路滤波器
电压/电流
功率（λ=1）
≤f
66Hz
0.04%（读数的0.01%+量程的0.03%）
0.06%（读数的0.02%+量程的0.04%）
0.24%（滤波器影响0.2%）
0.36%（滤波器影响0.3%）
500z
0.08%（读数的0.03%+量程的0.05%）
0.1%（读数的0.05%+量程的0.05%）
未明确
0.58%（滤波器影响0.5%）
1.1%（滤波器影响1%）
0.28%（滤波器影响0.2%）
0.4%（滤波器影响0.3%）
国家标准对测试设备频率的要求：
《变频器供电三相笼型感应电动机试验方法》：
对常用的指示仪表，其准确度是对标称频率规定的（如对50Hz～60Hz），而在其规定的上限频率，其准确度等级容许有附加误差（如在1000Hz时为0.4%）。
电子式测量仪表通常均给出频率范围，指规定的上限频率，所规定的准确度既适用于50Hz或60Hz，也适用于规定的上限频率。
1.3相位对精度的影响
实际对比试验表明，信号频率为50Hz，当功率因数为0.02时，采用某基本功率精度为0.06%的高精度功率分析仪，进行功率测试，功率相对误差为-1.54%，配上某精度为0.3%的霍尔电压（带宽3.5kHz）、电流传感器后，功率测量结果的相对误差高达66.69%。
（1）、φ保持不变:
Δφ↑Eφ↑
（2）、Δφ保持不变，0~π/2范围内:
φ↑Eφ↑
分析：
假设上述霍尔电压传感器为一低通滤波器，带宽为3.5kHz，那么，进行频域和时域分析可知，在频率为50Hz时，该传感器产生的相移为49′。
cosφ=0.02φ=88.85°
Δφ=0.01425radΔφ=49′
互感器检定规程对互感器相位的要求：
测量用电流互感器的误差限值
（JJG313-1994测量用电流互感器检定规程）
准
确
度
级
别
比值差
相位差
倍率
因数
额定电流下的百分数值
5
20
100
120
0.01
±
%
0.02
ˊ
0.6
0.3
0.04
1.2
0.05
0.10
4
2
0.1
0.4
0.2
15
8
0.75
0.35
30
10
0.5
1.5
90
45
1
3.0
1.0
182
60
1.4测试方法对精度的影响
通常，我们用真有效值（RMS）来表征电压/电流信号的大小。
对于变频器的输出的PWM电压波形来说，含有基波及大量的高次谐波，而电动机转矩主要依赖于基波电压有效值。
因此，电机试验需要测量的电压值，以及变频器上指示的电压值都是指基波有效值（H01，即1次谐波）
明确测量目的及选择正确的测量方法是保证测量精度的重要前提。
1.5现场干扰对精度的影响
电磁干扰对测量结果的影响程度是相对于信号而言的。
高电压、大电流信号允许有较大的干扰，而低电压、小电流信号，对干扰比较敏感。
变频电机试验现场，开关器件的频繁开、合，对周边线路及设备产生较强的电磁干扰。
传统机组供电试验时，干扰较小，而所用的互感器输出电压较高（一般为100V）、电流较大（一般为5A），抗干扰能力较强。
变频器供电试验时，干扰较大，而所用的有源传感器如霍尔传感器等输出电压较低（一般在±
15V以内）、电流较小（一般小于500mA），抗干扰能力较差，要特别注意现场干扰对测试精度的影响。
两个测试设备精度都满足国家标准要求的试验站，对同一台电机的合格判定出现截然不同的结论，可能有多方面原因：
1）、幅值、频率、相位等因素与测试设备标称精度的对应条件不符；
2）、测试方法不正确；
3）、现场干扰对测试信号的影响。
2AnyWay宽带功率测试系统
2.1系统简介
AnyWay宽带功率测试系统是湖南银河电气有限公司依托国防科技大学在多年从事电机试验及测试技术研究的基础上，遵循IEC及相关电机试验国家标准，为解决电机试验的宽频率范围、宽幅值范围及低功率因数等测试要求而研制的。
AnyWay产品在宽幅值、频率、相位范围内满足试验标准要求，测试结果具有固定的不确定度，可定量溯源，维护试验数据的权威性。
对于电机试验而言，一个AnyWay宽带功率测试系统相当于一台数显功率分析仪、一台多通道示波器、一台谐波分析仪及大量的电压、电流传感器等多台不同测试设备的组合。
2.2系统构成原理及特色
AnyWay宽带功率测试系统由宽带功率传感器、宽带功率分析仪及传输介质构成。
宽带功率传感器在传感器内部将被测信号数字化，并以光纤为介质将数字量上传至宽带功率分析仪，宽带功率分析仪对数字量进行分析、运算并以数值、图表、波形等方式显示被测参量信息。
系统内部每个宽带功率传感器之间通过同步光纤相连，实现同步采样，应用更加灵活，评测更加准确。
AnyWay宽带功率测试系统是一种基于光纤传输的前端数字化系统，这种系统最大限度地减少了信号在传输环节的损失与干扰，且更适合于网络化、智能化应用，同时具有极强的电磁兼容性能，在广泛应用变频器、整流器等非线性设备的强电磁辐射场合，可以保证系统精度不受传输线路及现场干扰等因素影响，从而能在最复杂、恶劣的现场工况中体现出最优良卓越的性能，最大限度地维护测试设备计量溯源的权威性。
AnyWay宽带功率测试系统构成图示：
2.3系统主要性能及指标
AnyWay宽带功率测试系统能够从任意方法、任意角度全方位满足电机试验的各项要求。
●频率范围：
适用直流、低频、工频、变频、中频等任意频率电机的功率测量。
●幅值范围：
在1%~200%范围内，任意幅值信号无需换档满足国家标准精度要求。
●相位范围：
在0.02~1范围内，任意功率因数下功率测量满足国家标准精度要求。
●调制方式：
适用任意调制方式的变频PWM波形的基波有效值测量。
●同步测量：
适用任意相数电机的同步测量。
AnyWay宽带功率测试系统主要指标：
●全局精度：
全局相对误差小于读数的0.2%；
任意多个功率单元同步采样；
●存储功能：
50uS的瞬态数据存储接间隔，20mS的稳态数据存间隔；
●谐波分析：
满足IEC、DIN及各种电机试验标准；
●基波测量：
变频电机试验最主要的测量模式，AnyWay将其作为基本测量模式；
●电源质量：
运算电机试验标准中规定的各种电源指标并集中显示；
●接口：
RS232/RS485、USB2.0、LAN、WLAN。
2.4系统操作特点
●无需进行量程设置，宽带功率传感器自动调整量程。
●菜单辅助按键、单键飞梭、工业触摸屏等操作方式，方便灵活。
●常用功能采用快捷键操作，直观快捷。
●人性化界面，多种配色方案可供选择。
●Anyway提示：
在线提示下一步操作，无需培训即可上岗。
图示如下：
2.5系统配置
◆主机：
WPX000系列宽带功率分析仪
◆传感器：
SP系列宽带功率传感器
◆传输介质：
安捷伦光纤
2.6AnyWay宽带功率分析仪的特点
2.6.1支持任意峰值因数
峰值因数（CF）是波形峰值和RMS值的比率，如正弦波的峰值因数为1.414。
不同的波形，有不同的峰值因数。
对于同一台变频器输出的PWM波，基波电压有效值越低，峰值因数较大。
一般仪器当峰值因数较大时，需人为选择较高的量程，以提高峰值测试能力；
量程过小，会造成错误的测试结果；
量程过大，又会降低测量精度。
AnyWay产品根据瞬时值，自动选择最佳量程，支持任意波峰因数波形的测量，除了适用各种电机试验测试外，还可用于冲击电压、电流、分断电压、电流等的测试。
2.6.2根据电机试验特点设计的多种平均方式
电机试验过程中，电压、电流、功率等的读数会有不同程度的波动；
试验记录需要相对稳定的读数，为此，部分仪器仪表设置了平均功能，使读数稳定。
读数的稳定程度与平均时间有关，一般而言，平均时间越长，读数越稳定，而读数对变化的响应也越慢。
显然，理想状态是响应快，读数稳。
为了解决快与稳的矛盾。
AnyWay产品在研究电机试验信号变化规律及电机试验对读数响应速度要求的基础上，设置了堵转、叠频、智能等多种平均方式。
堵转：
堵转试验，信号波动大，没有明显规律，对读数的响应速度要求高，因此设置很短的平均时间。
叠频：
叠频试验，信号波动大，有明显规律和周期，对读数的响应速度要求低，因此设置较长的平均时间，且平均时间为波动周期的整倍数。
智能：
根据数据变化规律及对读数稳定度的要求，自动寻找满足稳定度要求的最短平均时间。
2.6.3根据电机试验标准计算的多种谐波特征值
“谐波分量是对周期性交流分量进行傅立叶分解，得到频率为基波频率大于1整数倍的分量。
”也就是说谐波是一个周期电气量的正弦分量，其频率为基波频率的整倍数。
用于表征谐波含量的特征量有多种，常用特征量可通过谐波分析设备分析获取，电机试验需要的部分特征量，一般需要采用谐波分析设备结合专用软件实现。
AnyWay宽带功率分析仪谐波分析功能除了列举各次谐波的幅值、相位以满足常规需要外，参照IEC、DIN及常用电机试验标准，通过分析运算直接给出电机试验所需的特征量。
注：
以下公式中UHn表示n次谐波，UH01表示基波有效值，Urms表示有效值
2.6.4灵活的接线方式，多相、多机同步测量
宽带功率分析仪的基本配置为两个功率单元，每个功率单元对应一个宽带功率传感器，可测量1路电压、1路电流并运算相关功率。
通过内部扩展方式可增加每台仪器的功率单元数量，也可采用多台宽带功率分析仪，采用主从扩展模式，将功率单元扩展为任意数量，在同步光纤的同步下，宽带功率分析仪对所有传感器进行同步采样.。
根据电机类型、相数及试验方法，有多种接线方式供用户选择，并可同时测量多台电机。
采用主从扩展模式，宽带功率分析仪主机可对任意相数电机的电量进行同步测量，并根据线路图选择对应的显示界面。
接线方法如下页图示：
2.6.5专业、便捷、人性化的界面
A.常规数值窗口：
根据选定的接线图，自动运算电机试验需要的各种电参量，在常规数值窗口显示。
B.电源质量窗口：
根据电机试验要求，自动分析运算电源的相间不平衡度、正序分量、负序分量、零序分量、频率稳定度、各种谐波特征量等参数，并集中显示。
C.实时波形窗口：
无需连接任何波形分析设备，即可显示输入信号的实时波形。
D.谐波分析窗口：
无需连接任何谐波分析设备，即可分析运算各次谐波幅值及相位等信息，最高分析100次谐波。
常规数值窗口：
电源质量窗口：
实时波形窗口：
谐波分析窗口：
2.7AnyWay宽带功率分析仪配置表
项目
子项目
WP3000
WP4000
WP5000
功率
单元
输入接口
光纤
基本配置
内部扩展
1个
2个
4个
主从扩展
×
任意数量
同步测量
√
常规
测量
主要测量参量
电压、电流、频率、有功功率、功率因数
有效值RMS测量
基波有效值H01测量
校准平均值MEAN测量
每个电压、电流通道独立测量，自动选择最佳值
直流DC测量
峰值测量
基波相位角
FFT频谱分析
实时波形
试验
电源
质量
分析
谐波失真THD（IEC标准）
谐波含量HC（DIN标准）
波形畸变率K（%）
谐波电压因数HVF
电话谐波因数THF（%）
相间不平衡度
正序、零序、负序分量
频率偏差
频率稳定度
电压稳定度
分辨率
电压、电流、功率
9999
99999
人机
界面
显示器
6.5″
8.4″
12.1″
输入
菜单辅助键
菜单辅助键、单键飞梭、快键键
工业触摸屏
扩展大屏幕输出（VGA）
可选
数据
交互
移动存储
U盘
RS232/RS485
√
LAN
WLAN
扩展
测量
转速测量
扭矩测量
励磁测量
可选
温度测量（16路）
2.8AnyWay宽带功率传感器的特点
2.8.1宽幅值范围内的高精度测试
电机试验测试对幅值范围的要求：
1.3倍的匝间耐压试验与低频堵转试验，同步电机的过载试验与空载试验，不同电压等级，不同功率等级的电机试验等，对幅值测试范围提出了苛刻的要求。
AnyWay宽带功率传感器的电压、电流传感器均在内部设置了8个量程，传感器根据测试结果进行自动无缝量程转换，用户无需关注量程信息。
以SP******C型传感器为例，内部8个量程均按0.1级准确度配置，电压在0.75%~150%额定值范围内，电流在1%~200%额定范围内，读数的相对误差小于0.2%。
2.8.2宽频率范围内的高精度测试
电机试验测试对频率范围的要求：
直流、低频、工频、变频至中频电机等不同频率电机试验；
低频堵转及超速试验；
谐波测试分析试验等等，对测试系统的基波频率范围及测试带宽提出了苛刻的要求。
目前部分宽频功率分析仪的带宽高达1MHz甚至更高，但是，用于变频测试的传感器带宽普遍较低，以霍尔电压传感器为例，其带宽大多在15kHz以内，3000V以上传感器的带宽普遍低于2kHz，传感器的带宽决定了整个测量系统的带宽偏低。
AnyWay宽带功率传感器有效测试带宽为100kHz，最高采样频率250kHz。
满足变频电机试验国家标准的最高带宽要求。
AnyWay宽带功率传感器适用直流、低频、工频、变频至中频电机试验的电参数测试；
适应正弦波、叠频波、PWM波等试验电源供电的电机试验的电参数测试；
全频段测试精度满足电机试验国家标准要求。
2.8.3宽相位范围内的高精度测试
电机试验测试对相位范围的要求：
电机空载试验，同步电机零功率因数试验等，相位变化范围宽，宽相位范围的功率测试对测试设备的相位误差提出了苛刻的要求。
AnyWay宽带功率传感器将相位指标作为主要的精度指标，以50Hz为例，AnyWay的SP******C系列宽带功率传感器的电压、电流之间的最大相位误差为0.5′，常用的0.2级互感器的最大相位误差为10′。
以下是两者在功率因数为0.02~1时对功率测量的附加误差的对比曲线图。
SP******C系列宽带功率传感器0.2级互感器
由图可知，SP******C系列宽带功率传感器在功率因数为0.02时，功率附加误差仍小于1%，0.2级互感器在功率因数为0.02时，功率附加误差接近15%，功率附加误差为1%时，对应功率因数为0.28。
对于通常用于变频测试的霍尔传感器而言，其相位指标不明确，实际测试表明（见下表），应用于50Hz的标准正谐波测试时，某高精度功率分析仪（表中称A123）在功率因数为0.02时，直接测量的功率误差为-1.54%，外接某款霍尔电压传感器（表中称U4000）后，功率测量误差变为66.69%。
而采用SP332102C的AnyWay宽带功率测试系统（WP4000）的功率误差均小于1%。
（如下表数据所示）
2.8.4基波有效值作为基本测量模式
变频器输出的PWM电压波形含有大量的高次谐波，而电动机转矩主要依赖于基波电压有效值（H01，即一次谐波）。
因此，电机试验需要测量的电压值，以及变频器上指示的电压值都是指基波电压有效值。
目前，关于变频电机的试验标准较少，《IEC60349-2:
2002电力牵引轨道机车车辆和公路车辆用旋转电机-第2部分：
电子变流器供电的交流电动机》中已明确指出：
电压测量采用基波有效值。
校准平均值（MEAN）在理论上等于正弦波的真有效值，等于正弦调制PWM波形的基波有效值，且实现简单；
因此，MEAN在许多仪器仪表中用于替代正谐波的有效值（RMS）或PWM的基波有效值（H01）的测量。
但是，近年来，变频调速技术日新月异，非正弦调制PWM的应用越来越多，而且，变频器用户通常并不了解自己的变频器采用何种调制模式，MEAN值在PWM测量中局限性越来越大。
AnyWay在高速采样基础上，对采样信号进行频谱分析，实时运算被测信号的基波有效值（H01），该方式适用任意调制方式的PWM信号及其它任意正弦、非正弦信号的有效值测试。
AnyWay将基波有效值测试作为基本测试模式，同时，提供真有效值（RMS）、校准平均值（MEAN）、整流平均值（RMEAN）、算术平均值（DC，主要用于直流测量）等测量模式供用户选择。
2.9AnyWay宽带功率传感器的技术指标
指标
条件
带宽
DC~100kHz
AD采样频率（最高）
250kHz
电压测量精度
RMS/MEAN/DC
读数的0.2%
幅值
0.75%~150%VPN
DC，0.1Hz~100kHz
基波有效值H01
0.1Hz~200Hz（或1~400Hz）
电流测量精度
1%~200%APN
0.1Hz~200Hz（或1~400Hz）
频率测量精度
读数的0.1%
0.1Hz~200Hz（或1~1000Hz）
功率测量精度
读数的0.5%
功率因数
0.2~1
基波频率
读数的1%
0.05~0.2
电压过载时间
10分钟
UPN<
U<
1.5UPN
电流过载时间
3分钟
IPN<
I<
2IPN
隔离电压
22kV
50/60Hz，1分钟
2.10AnyWay宽带功率传感器标准型号列表
额定电压
型号
额定电流
380V
SP381100X
10A
690V
SP691100X
SP381200X
20A
SP691200X
SP381500X
50A
SP691500X
SP381101X
100A
SP691101X
SP381201X
200A
SP691201X
SP381301X
300A
SP691301X
SP381401X
400A
SP691401X
SP381501X
500A
SP691501X
SP381102X
1000A
SP691102X
SP381152X
1500A
SP691152X
SP381202X
2000A
SP691202X
SP381252X
2500A
SP691252X
SP381302X
3000A
SP691302X
SP381352X
3500A
SP691352X
1140V
SP112201X
1650V
SP162201X
SP112301X
SP162301X
SP112401X
SP162401X
SP112501X
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