变频功率测试系统

变频功率测试系统是对各类变频装置的电压、电流、功率、谐波等进行电量测试、计量的新型测量设备，广泛应用于电机、风机、水泵、风力发电、轨道交通、LED照明等领域的高精度能效评测及电能质量分析。

变频功率测试系统用于各类变频调速系统的电压、电流、功率、谐波等电量测试、计量的新型测量设备，是变频技术高速发展的必然产物，也是变频技术持续健康发展的重要基础仪器，更是变频设备能效评测不可或缺的工具。

该仪器/系统由数字量输出的变频电量变送器和数字量输入的二次仪表构成，两者通过光纤连接。完全避免了复杂电磁环境下传输环节的衰减和干扰。

采用电机、变频器、变压器、节能灯具等电器产品的各种试验工况下实测最低准确度指标作为标称准确度指标。

根据电压、电流的量程从1mV~20kV，100uA~7000A，变频电量变送器有100多种规格型号可供选择，对于高压、大电流测量，既可采用低电压、小电流的变送器与外部传感器配套使用，也可直接采用高电压、大电流的变频电量变送器直接测量，减少中间环节，提高系统测量准确度。

首先，变频功率传感器适用于工频电量测量和计量。

其次，变频功率传感器适用于带宽范围内的任意电参量的测量和计量。

广泛应用于电力推进、电机、风机、水泵、风力发电、轨道交通、电动汽车、变频器、特种变压器、荧光灯、LED照明等领域的产品检试验、能效评测及电能质量分析 。

变频功率传感器带宽

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。

图1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1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） 。

变频功率传感器采样频率

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。

变频功率传感器精度

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。

变频功率传感器波峰因数

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。

变频功率传感器基波

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。

变频功率传感器谐波

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。

变频功率传感器谐波的危害

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 。