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功率计实测“怪象”分析:有功功率>视在功率?


  来源: 横河测试测量 时间:2021-08-12 编辑:仪器仪表WXF
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实测问题


大致情况是用AC电源驱动电源产品,由电子负载控制输出功率,采用WT系列功率分析仪测量电流、电压、功率等参数,电压采用并联的方式、电流采用100A额定的shunt采集,压降由BNC线接入WT系列功率计的外部传感器端子。按测试工程师的描述:在正常工况下,电流/电压功率等电力参数测试数据均无异常,但在低载约80VA测试时(约数百毫安电流),WT系列功率计的显示会出现:视在功率=0、无功功率=0、电流=0、但奇怪的是此时的有功功率会显示数十W的数值(波动较大)。


测试中,为了验证数据可靠性,如图采用两台WT同时测量(电压并联),采集同一个外部传感器的电流信号。


原理剖析


从以上的现场实测数据来看,确实出现了难以理解的怪现象。我们熟知的中学物理及电工原理中对于有功、无功、视在功率的定义为:


有功、无功、视在功率的定义


由以上定义可知,对于交流功率,视在功率肯定是大于或等于有功功率,不可能出现有功功率不等于零而视在功率为零的现象。那么WT系列功率计测量时出现如图1的显示,是否意味着WT运算BUG或者仪器有故障呢?


答案是否定的,仪器的显示没有BUG也没有故障,要解释这个貌似BUG的现象就要从功率计测量原理谈起。


功率计测量公式


从以上公式可以看出,电压Urms、电流Irms、有功功率P的测量都是通过瞬时采样的电流、电压进行积分运算后平均,而WT系列功率计显示的视在功率S和无功功率Q是如何计算得到的呢?

视在功率S=UrmsxIrms、

Q²=S²-P²(1P2W)

在这里我们可以看到,WT系列功率计显示的视在功率与测量的有功功率P无关,S的大小取决于Urms和Irms,这就很容易理解为什么有功功率P有数值显示,而视在功率和无功功率都为0,原因就在此时的Irms为0。


可是为什么明明有80VA的输出,而Irms测量数值为0呢?这是因为功率计对测量的显示范围有如下规定(WT210):

如果电压或电流跌到额定量程的0.5%(峰值因素3;峰值因素6时,为1.0%)以下,视在功率(VA)和无功功率(var)将显示“0”,功率因数(PF)和相位角(deg)则显示“err”。


下表列举了目前主流WT系列功率计的Urms和Irms显示范围(额定量程)


主流WT系列功率计的Urms和Irms显示范围


在这个实测案例中,使用的是100A额定的分流器,可以判断,此时的电流肯定是小于500mA,数值小于最小显示范围因此被忽略了。那么有人会问:为什么有功功率P有数值显示呢,从上面的公式可以明白,有功功率是电压瞬时值与电流瞬时值相乘,此时虽然电流很小但电压瞬时值很大,相乘之后的数值达到了最小可显示值的要求,因此有功功率有数值显示。


再继续深入思考:此时显示的有功功率P靠吗?答案也是否定的。首先按WT210的误差来计算,有功功率误差0.2% 加上0.2级的分流器误差,那么误差至少0.4%,此时的功率量程300Vx100A=30KW,也就是说误差就超过120W,几十W波动很大的显示值根本不可靠。此外即使Irms有显示,100A额定的分流器,几百毫安的电流压降也就零点几个毫伏,这么小的电压在接入外部传感器端子时,外界的噪声和干扰会会覆盖真实信号,造成电流及有功P测量显示“假数据”。


解决方案


对于这种工况(大电压/小电流)怎样才能精准测量呢?推荐采用仪器本体测量,即电流直接串联的方式(如 下图)

关键词:功率计 有功功率 视在功率    浏览量:18621

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