無功功率的測量方法

1、四種相位的測量方法（無功功率）1、 無功功率概念的歷史發(fā)展最早的無功功率概念是建立在單相正弦交流信號的基礎(chǔ)上。設(shè)某線路的電壓，電流，則有功功率為，無功功率為。U、I,分別為電壓與電流的有效值。隨著半導(dǎo)體行業(yè)和電力工業(yè)的發(fā)展，各種整流器件、換流設(shè)備以及其他非線性負(fù)載大量安裝與電力系統(tǒng)中，使原有的無功功率定義在工程運(yùn)用中非常不方便?，F(xiàn)在人們對正弦信號無功功率有了新的理解。假設(shè)某單相線路的電壓為，電流為，則將按照與平行和垂直兩個(gè)方向分解為與，那么與的積即為無功功率。2、 無功功率的測量方法1、 替代法主要使用于無功功率變送器中，用于測量三相平衡電路的無功功率。當(dāng)三相電路嚴(yán)格平衡對稱時(shí)，此方法不存在原

2、理性誤差。在不對稱與存在多諧波的情況下，此方法不適用。2、 電子移相測量法（簡稱模擬移相法）多用于比較高級的綜合儀器中（多用數(shù)字表）根據(jù)三角公式變換，從而把無功功率測量轉(zhuǎn)化為有功功率測量，即轉(zhuǎn)化為求兩個(gè)向量的內(nèi)積。這已經(jīng)可以比較方便的測量了。理想情況下電子移相并不存在原理性誤差。但在工程上電容與電阻是實(shí)際元件，其值及相應(yīng)的效應(yīng)與理想值差距巨大，所以效果并不理想。3、 數(shù)字移相測量法在一個(gè)周期內(nèi)對三相電壓、三相電流均勻采樣24點(diǎn)至64點(diǎn)（因生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)的設(shè)備不同而異），然后用電壓采樣值乘以滯后90度點(diǎn)的電流采樣值，做積分運(yùn)算從而得到一個(gè)周期內(nèi)的平均無功功率式中 j代表第j個(gè)采樣點(diǎn)N代表一個(gè)周期

3、的采樣點(diǎn)數(shù)，N/4代表1/4個(gè)周期從原理上講，不存在理論誤差。該方法的問題主要在于數(shù)字移相的適用性。當(dāng)被測量是單純的三相正弦信號，可以通過控制采樣點(diǎn)數(shù)及其均勻的程度來實(shí)現(xiàn)精密的數(shù)字移相。但是如果被測信號不是嚴(yán)格的正弦波，有諧波含量、則數(shù)字移相就要出現(xiàn)誤差。原因在于，數(shù)字移相90度是按基波計(jì)算的，對于三次諧波而言，則相當(dāng)于移了270度，對于五次諧波而言，相當(dāng)于移相90度。所以此時(shí)的無功功率測量存在著各次諧波造成的誤差。4、 傅里葉分析測量法此方法測量的原理基于傅里葉變換。其基本思想是對被測回路的電壓信號、電流信號按整周期均勻采樣，然后用一組正交三角函數(shù)（正弦量或者余弦量）對采樣值進(jìn)行正交分解，使

4、用各分解值計(jì)算線路的無功功率。設(shè)下標(biāo)R代表實(shí)部，L代表虛部，則其算法可以表達(dá)如下：其中 i、j、K都是正整數(shù)，i代表諧波次數(shù)，K代表一個(gè)周期總的采樣點(diǎn)數(shù)，j代表第j個(gè)采樣點(diǎn)，Qi代表第i次諧波的無功功率，所以全波形的無功功率為傅里葉測量法是最為精確的算法，理論上不存在測量誤差。缺點(diǎn)是計(jì)算量較大，同時(shí)該算法對采用間隔的均勻度以及頻率的穩(wěn)定性，都具有較高的靈敏度。關(guān)于精度的說明：儀表精度=（絕對誤差的最大值/儀表量程）*100%儀表精度是根據(jù)國家規(guī)定的允許誤差大小分成幾個(gè)等級的。某一類儀表的允許誤差是指在規(guī)定的正常情況下允許的百分比誤差的最大值。我國過程檢測控制儀表的精度等級有0.005、0.02

5、、0.1、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4等。一般工業(yè)用表為0.54級。精度數(shù)字越小說明儀表精確度越高。用電設(shè)備的功率因素呈感性或容性、數(shù)值大小、對無功補(bǔ)償元件采取電容還是電感、取值大小騎著決定性的作用。傳統(tǒng)負(fù)荷大都呈阻性、電感電阻性嗎，其功率因素基本上是電流之后電壓的正功率因素。隨著新技術(shù)的發(fā)展，越來越多呈容性的負(fù)荷大量出現(xiàn)，由于容性電流和感性電流相位相反且相互抵消。1、 電容濾波單相不可控整流電路功率因數(shù)的理論分析，當(dāng)電源電壓為正弦波時(shí)：電容器電流為正弦波，相位超前電壓90度。由此可見流過電阻的電流也為正弦波，與電壓同相。即使負(fù)載為阻感性、甚至純感性，由于充電期間電容的充電量大于同期向負(fù)載提供的放電量，即容性電流大于阻性、阻感性、感性電流。外電源供電電流是上述兩者的合成，合成電流也應(yīng)是超前電壓的。只有采用有源功率矯正電路，功率因數(shù)才能做到0.95以上。如果在上述電路中若沒有其他功率因素矯正等技術(shù)措施，電路江呈現(xiàn)出電流超前電壓的阻容性。相位檢測電路主要由IC1(雙電壓比較器LM319)和IC2(雙D觸發(fā)器C013)組成，如圖所示。該電路具有結(jié)構(gòu)簡單、精確度