電力分析儀的應用

　　為了滿(mǎn)足JB/T3382.2-2000標準中6.4章節的要求，經(jīng)過(guò)一年多時(shí)間的調訪(fǎng)，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(dòng)機或三相交流電動(dòng)機的電壓、電流、有功功率、視在功率、功率因數、相位角等多項性能的測試。

　　1.功率因數

　　相位角的測量是通過(guò)測量電壓和電流過(guò)零點(diǎn)的差來(lái)完成的。如下圖所示。儀器通過(guò)相位角φ，電壓U和電流I來(lái)計算三相實(shí)時(shí)有功功率P，視在功率S ，無(wú)功功率Q，反應系數sinφ，功率因數cosφ。

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

　　對于變頻器或晶閘管調速電路的畸變輸入波形的測試為什么會(huì )造成不準確呢?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λ和單相功率因數測量方式下測得的功率因數λ是不同的。造成這種測量結果不同的，原因是單相功率測量方式是通過(guò)有功功率和視在功率來(lái)計算λ，即計算λ=P/S。而單相功率因數測量方式會(huì )將電壓波形和電流波形認為是正弦波，通過(guò)相位角φ來(lái)計算λ。 相位角測量是功率因數方式計算的基礎，如果說(shuō)波形發(fā)生畸變，這種功率因數的測量方式計算會(huì )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(shí)，應該使用單相功率測量方式計算功率因數。

　　例如：

　　注：峰值因數為1.9的畸變波。

　　a)單相功率因數測量方式下的計算λ，功率因數測量方式會(huì )將電壓波形和電流波形認為是正弦波，通過(guò)相位角來(lái)計算λ。 相位角測量是功率因數方式計算的基礎，如果說(shuō)電壓波形和電流波形是正常的，無(wú)疑單相功率因數測量方式下的計算λ結果是正確的。

　　b)如果說(shuō)輸入的電壓波形和電流波形發(fā)生了畸變時(shí)，而單相功率因數測量方式同樣會(huì )將電壓波形和電流波形認為是正弦波，通過(guò)相位角來(lái)計算λ。 相位角測量也是功率因數方式計算的基礎，如果說(shuō)波形發(fā)生畸變，這種功率因數的測量方式計算會(huì )產(chǎn)生很大誤差。因此，對于波形發(fā)生畸變時(shí)，應該使用單相功率測量方式計算功率因數，原因是單相功率測量方式是通過(guò)有功功率和視在功率來(lái)計算λ。

　　c)三相功率因數測量方式下的計算λ，功率因數測量方式會(huì )將電壓波形和電流波形認為是正弦波，通過(guò)相位角來(lái)計算λ。 相位角測量是功率因數方式計算的基礎，如果說(shuō)電壓波形和電流波形是正常的，無(wú)疑三相功率因數測量方式下的計算λ結果是正確的。

　　d)如果說(shuō)輸入的電壓波形和電流波形發(fā)生了畸變時(shí)，而三相功率因數測量方式同樣會(huì )將電壓波形和電流波形認為是正弦波，通過(guò)相位角來(lái)計算λ。 相位角測量也是功率因數方式計算的基礎，如果說(shuō)波形發(fā)生畸變，這種功率因數的測量方式計算會(huì )完全錯誤。因此，對于波形發(fā)生畸變時(shí)，應該使用三相功率測量方式計算功率因數。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(guò)有功功率和視在功率來(lái)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果，測量電路見(jiàn)附圖1。

　　b)對于三相電路而言， 測量電路見(jiàn)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，這就涉及它的負載功率是否平衡， 如果說(shuō)它的負載功率是平衡的，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果。

　　c)如果說(shuō)它的負載功率不是平衡的， 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果就會(huì )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(shuō)鉗形傳感器所測量的那一相的負載大，則測量結果的讀數就會(huì )相應的增大， 如果說(shuō)鉗形傳感器所測量的那一相的負載輕， 則測量結果的讀數就會(huì )相應的減小。

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

　　三相有功功率P=P1+P2=-O.54+1.98=1.44 kW

　　三相視在功率S=0.866(2.61+2.57)=4.49 kVA

　　功率因數λ=P/S=1.44/4.49=0.321

　　d)三相四線(xiàn)回路的測量，對于如果說(shuō)它的負載功率是平衡的， 三相四線(xiàn)回路的功率和功率因數測量是與三相三線(xiàn)回路的測量相同，不需要使用中線(xiàn)，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果。然而，對于三相不平衡負載，測量方式與單相二線(xiàn)系統相同，將單元設置為單相測量模式，但測量電路應按附圖四進(jìn)行接線(xiàn)和測量，以中線(xiàn)為基準，對三相負載進(jìn)行分別測量， 分別從HIOKI3286型電力分析儀上讀出的三次測量結果，將這些功率讀數進(jìn)行累加，此時(shí)的功率應是：P=P1+P2+P3

　　e) 對于小功率的三相交流異步電機， 測量電路見(jiàn)附圖2，在這種情況下， 雖然說(shuō)它的三相負載功率是平衡的，但由于電機功率太小， 難以直接從HIOKI3286型電力分析儀上讀出測量結果。

　　以我公司生產(chǎn)的HZ-150手動(dòng)小型1平面磨床為例，它的磨頭電機的功率是0.75kW，而它的磨頭電機的空載功率僅只有50W-80W之間，在這種情況下，已低于HIOKI3286型電力分析儀的最小分辨率，不可能直接從HIOKI3286型電力分析儀上讀出測量結果。因此，測量電路仍應按附圖2接線(xiàn)，將單元設置為單相測量模式，直接從HIOKI3286型電力分析儀上讀出測量結果除以1.732即此時(shí)的磨頭電機空載功率P=P(讀數)/1.732。

　　3.視在功率S，無(wú)功功率Q，反應系數sinφ，功率因數cosφ的測量。這些是在功率測量和功率因數的基礎上進(jìn)行的。根據被測對象的不同，分別按附圖1至附圖4測量電路接線(xiàn)，然后按不模式按鍵，可直接從HIOKI3286型電力分析儀上讀出。視在功率S，無(wú)功功率Q，反應系數sinφ，功率因數cosφ的測量結果。

　　4.電流，電壓，頻率和相序的檢測

　　電流的檢測要激活電流顯示模式，打開(kāi)鉗頭，鉗住被測導體， 被測導體應置于鉗頭的中心位置，可以檢測出電流的有效值，最大值和電路的頻率。還可根據需要選擇自動(dòng)檔和手動(dòng)檔測量。

　　電壓的檢測要激活電壓顯示模式，將電壓連線(xiàn)連接到儀器，可以檢測出電壓的有效值，最大值。還可根據需要選擇自動(dòng)檔和手動(dòng)檔測量。

　　相序的檢測，按LINE/HARM鍵，選擇三相功率因數方式，RST相序模式開(kāi)始工作，將電壓測試端子連接到儀器上，然后將紅夾子，黑夾子，黃夾子連接到被測電路上，對于三相回路，儀器會(huì )分別顯示出正常相序，反向相序和缺相三種測量結果。

　　除了上述所述的測試外，儀器還可以進(jìn)行電流諧波和電壓諧波的測量，還可以將瞬間測量的結果保持儀器中。

　　5． HIOKI3286型電力分析儀具有重量輕，便于攜帶，操作方便，讀數直觀(guān)正確等顯著(zhù)特點(diǎn)。在生產(chǎn)和科研工作中，筆者應用HIOKI3286型電力分析儀，成功地對我公司8種平面磨床產(chǎn)品的主軸空運轉功率，滿(mǎn)載功率進(jìn)行測量。

　　根據這些測量數據，專(zhuān)程到海寧永發(fā)電機有限公司，利用該公司大型精密電機檢測系統中，進(jìn)行校核。校核的結果證明應用HIOKI3286型電力分析儀測量的數據是正確可靠。此后，還把儀器送浙江省測試技術(shù)研究院進(jìn)行鑒定，證明儀器的各項性能是合格的。

　　在今年三月和九月，國家機床質(zhì)量監督檢測中心對我公司生產(chǎn)的MM7132A，M7150H，HZ-150三個(gè)產(chǎn)品的出口產(chǎn)品許可證復查中，應用HIOKI3286型電力分析儀測量三個(gè)被檢產(chǎn)品的主軸空載功率和滿(mǎn)載功率，圓滿(mǎn)完成測量任務(wù)，受到國家機床質(zhì)量監督檢測中心專(zhuān)家的好評。

　　實(shí)踐證明，應用HIOKI3286型電力分析儀是我公司電機性能測試技術(shù)的重大進(jìn)步。