基于PF系列數(shù)字功率計(jì)的電源測(cè)試系統(tǒng)介紹
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摘要：著重介紹了遠(yuǎn)方PF系列數(shù)字功率計(jì)在多種電源測(cè)試中的應(yīng)用，并對(duì)其主要測(cè)量原理和技術(shù)指標(biāo)作了簡(jiǎn)要介紹。 關(guān)鍵詞：數(shù)字功率計(jì)電源測(cè)試諧波分析功率因數(shù)非正弦波測(cè)量 Test System of Power Supply Taking PF Series of Digital Dynamometer as Core Abstract: This paper emphasizes the application of PF series of digital dynamometer to many tests of power supply,and introduces briefly their test principles and technical indexes. Keywords:Digital dynamometer,Test of power supply,Harmonic analysis,Power factor,Measare of non? sinnusoidal wave 中圖法分類號(hào)：TM933文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：0219?2713(2000)09?449?03 1引言 隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，現(xiàn)代電子設(shè)備在各種應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，而現(xiàn)代電子設(shè)備對(duì)提供其“食糧”的電源依賴性極大。這就要求電源生產(chǎn)廠家、質(zhì)量監(jiān)督部門(mén)等必須加強(qiáng)對(duì)電源質(zhì)量的檢測(cè)。杭州遠(yuǎn)方儀器有限公司在國(guó)際先進(jìn)儀器技術(shù)基礎(chǔ)上，自行研制生產(chǎn)的PF系列數(shù)字功率計(jì)已經(jīng)在家用電器、電機(jī)、電動(dòng)工具、電熱器具、照明電器、變壓器、電焊機(jī)等生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)線、實(shí)驗(yàn)室、質(zhì)檢部門(mén)和標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量部門(mén)中得到了廣泛的應(yīng)用，同樣可以成為各類電源測(cè)試的有力工具。 2典型電源測(cè)試系統(tǒng) 圖1為典型電源測(cè)試系統(tǒng)示意圖。由圖可以看出，被測(cè)電源、數(shù)字功率計(jì)、調(diào)壓器和負(fù)載構(gòu)成了典型的電源測(cè)試系統(tǒng)，市電經(jīng)調(diào)壓器后接在被測(cè)電源輸入端，并將負(fù)載接到其輸出端。而數(shù)字功率計(jì)在其輸入、輸出回路分別并接電壓取樣傳感器V和串接電流取樣傳感器A。下面介紹遠(yuǎn)方PF系列數(shù)字功率計(jì)在幾種常見(jiàn)電源測(cè)試中的典型應(yīng)用。 2.1UPS的測(cè)試 UPS不僅能在電網(wǎng)供電發(fā)生故障時(shí)保障“不間斷供電”，而且能夠消除電網(wǎng)雜波、抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)，明顯改善供電質(zhì)量，因而近年來(lái)得到迅速普及和發(fā)展。隨著應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，對(duì)UPS性能指標(biāo)也提出了更多、更高的要求。UPS的典型技術(shù)指標(biāo)，如輸入端的交流電壓、輸入頻率、功率因數(shù)，輸出端的額定容量、功率因數(shù)、輸出電壓、輸出電流、輸出頻率、過(guò)載能力等，能保證UPS的供電質(zhì)量。但是UPS的負(fù)載大多是各類計(jì)算機(jī)、電子儀器及電子設(shè)備等，這些設(shè)備多是非線性負(fù)載，而UPS本身從電網(wǎng)吸取能量，作為電網(wǎng)的負(fù)載也是非線性的。由于非線性負(fù)載的電流波形嚴(yán)重失真，因此波形的波峰比和總諧波失真是UPS必須考察的重要技術(shù)指標(biāo)。對(duì)于波形嚴(yán)重失真的非線性負(fù)載的測(cè)量，普通電工儀表難以準(zhǔn)確測(cè)量，遠(yuǎn)方PF系列數(shù)字功率計(jì)采用先進(jìn)的現(xiàn)代取樣和電算技術(shù)，可以準(zhǔn)確測(cè)量非正弦波，尤其是該系列中的諧波分析型儀器能夠連續(xù)、快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行諧波分析。 2.2變頻電源、逆變電源的測(cè)試 圖1電源測(cè)試系統(tǒng)示意圖 變頻電源和逆變電源在各行各業(yè)中應(yīng)用日益廣泛，兩者一般都包含有DC/AC逆變器。構(gòu)成DC/AC逆變器的方法很多，然而DC/AC如何輸出高質(zhì)量的正弦波是至關(guān)重要的，其輸出電壓波形中的諧波含量愈來(lái)愈受到關(guān)注，尤其是在電源的設(shè)計(jì)過(guò)程中，如何測(cè)量及控制各次諧波含量的大小成為技術(shù)關(guān)鍵。遠(yuǎn)方PF系列數(shù)字功率計(jì)具有強(qiáng)大的諧波分析功能，可以直接顯示總諧波失真、各次諧波值，也可以打印輸出或與計(jì)算機(jī)連接獲得諧波分析結(jié)果。 2.3交流穩(wěn)壓電源的測(cè)試 交流穩(wěn)壓電源種類繁多、應(yīng)用廣泛，而其穩(wěn)壓原理也各不相同，有參數(shù)調(diào)整型、自耦調(diào)整型、大功率補(bǔ)償型、開(kāi)關(guān)型等，但其輸入電壓范圍、輸入側(cè)電流失真、源功率因數(shù)、輸出波形、負(fù)載適應(yīng)性、穩(wěn)壓精度、整機(jī)效率、輸出頻率等都是必須考察的電性能指標(biāo)。遠(yuǎn)方PF系列數(shù)字功率計(jì)中的交流電源分析儀同時(shí)分析檢測(cè)電源的輸入、輸出參數(shù)，具備諧波分析功能，可直接從面板顯示測(cè)量結(jié)果，還可以打印或通訊測(cè)量數(shù)據(jù)和波形，是交流電源的理想測(cè)試工具。 2.4開(kāi)關(guān)電源的測(cè)試 功率電子技術(shù)的高速發(fā)展促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源，尤其是高頻開(kāi)關(guān)電源的飛速發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源在電動(dòng)汽車(chē)和變頻傳動(dòng)等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。功率因數(shù)和整機(jī)效率是開(kāi)關(guān)電源必須考察的重要參數(shù)，使用功率因數(shù)校正技術(shù)，提高開(kāi)關(guān)電源的輸入功率因數(shù)，可以減小對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。遠(yuǎn)方PF系列數(shù)字功率計(jì)具有強(qiáng)大的測(cè)量和數(shù)據(jù)運(yùn)算功能，能夠精確地測(cè)量非正弦波的功率因數(shù)，還具有諧波失真測(cè)量功能，是幫助提高開(kāi)關(guān)電源功率因數(shù)的好幫手。 2.5電子變壓器的測(cè)試 電子變壓器是較為常見(jiàn)的電源器件，因?yàn)樗?jiǎn)單、實(shí)用而有較大的市場(chǎng)需求。對(duì)于電子變壓器生產(chǎn)廠家而言，在大批量生產(chǎn)線上就需要快速、有效地測(cè)試變壓器的輸入、輸出參數(shù)，淘汰不合格產(chǎn)品。遠(yuǎn)方PF系列數(shù)字功率計(jì)中的變壓器專用測(cè)試儀，正是基于這種需求而研制開(kāi)發(fā)的，該變壓器專用測(cè)試儀能同時(shí)測(cè)試電子變壓器初級(jí)和次級(jí)各項(xiàng)電參數(shù)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換測(cè)試變壓器的空載和負(fù)載電參數(shù)，而且依據(jù)用戶設(shè)定的電參數(shù)自動(dòng)判定變壓器合格與否，并以聲光報(bào)警。該專用測(cè)試儀設(shè)定好測(cè)量條件后，只需按一個(gè)測(cè)試鍵即可完成一個(gè)電子變壓器的全部測(cè)試和判定工作，是電子變壓器大批量生產(chǎn)的得力助手。 3PF系列數(shù)字功率計(jì)測(cè)量原理 遠(yuǎn)方PF系列數(shù)字功率計(jì)品種多樣、功能齊全，主要有單相系列、三相系列及專用系列，下面以單相數(shù)字功率計(jì)為例說(shuō)明遠(yuǎn)方PF系列數(shù)字功率計(jì)的典型測(cè)量原理。
3.1原理圖
儀器主要由輸入部分、單片計(jì)算機(jī)、顯示和接口部分組成，如圖2所示。在電壓輸入電路中，輸入電壓經(jīng)分壓器后進(jìn)行程控放大，經(jīng)采樣保持器后送入A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換結(jié)果放于電壓緩沖器中。在電流輸入電路中，電流經(jīng)電流電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后進(jìn)行程控放大，經(jīng)采樣保持器后送入A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換結(jié)果放于電壓緩沖器中。單片計(jì)算機(jī)從緩沖器中讀取波形數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。自動(dòng)量程切換、數(shù)據(jù)運(yùn)算、顯示及輸出控制也都是由單片計(jì)算機(jī)完成的。
通過(guò)串行通訊接口，儀器還可以為上位機(jī)提供豐富的數(shù)據(jù)，如采樣波形數(shù)據(jù)、各項(xiàng)測(cè)量和運(yùn)算結(jié)果、諧波分析結(jié)果等。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，上位機(jī)就可以方便地根據(jù)需要組織自己的測(cè)試系統(tǒng)，如顯示或輸出測(cè)量波形、諧波頻譜等，或與其他測(cè)試設(shè)備提供的數(shù)據(jù)一起進(jìn)行處理。
圖2數(shù)字功率計(jì)原理圖
3.2儀器主要技術(shù)指標(biāo)
準(zhǔn)確度：0.5％～0.03％
測(cè)量范圍：
電壓：（0～600）V；
電流：（0～100）A；
頻率：從DC、10Hz到500kHz。
3.3實(shí)測(cè)報(bào)告一例
圖3為PF9832交流電源分析儀測(cè)試某交流穩(wěn)壓電源后所打印的測(cè)試報(bào)告。
INPUTWAVEFORM(輸入波形)
顯示值：Ui=225.5VIi=0.752APi=0.131kW
PFi=0.777Fi=50.05Hz
Uthd=4.220％Ithd=64.11％
OUTPUTWAVEFORM(輸出波形)
圖3PF9832交流電源分析儀測(cè)試報(bào)告示例
顯示值：Uo=220.8VIo=0.187APo=0.041kW
PFo=0.999Fo=50.01Hz
Uthd=0.887％Ithd=2.888％EFF=0.313
| K | Ui | Uo | Ii | Io | K | Ui | Uo | Ii | Io |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 00 | 0.0 | 0.0 | 0.7 | 0.0 | 20 | 0.0 | 0.0 | 0.6 | 0.0 |
| 01 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 21 | 0.1 | 0.0 | 2.5 | 0.2 |
| 02 | 0.2 | 0.6 | 1.8 | 0.9 | 22 | 0.0 | 0.0 | 0.6 | 0.0 |
| 03 | 2.8 | 0.2 | 50.0 | 2.4 | 23 | 0.1 | 0.1 | 3.0 | 0.1 |
| 04 | 0.1 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 24 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 |
| 05 | 2.3 | 0.1 | 31.9 | 0.6 | 25 | 0.1 | 0.0 | 2.7 | 0.1 |
| 06 | 0.0 | 0.1 | 0.8 | 0.1 | 26 | 0.0 | 0.0 | 0.8 | 0.1 |
| 07 | 1.1 | 0.1 | 12.7 | 0.2 | 27 | 0.0 | 0.0 | 1.5 | 0.2 |
| 08 | 0.0 | 0.0 | 0.8 | 0.2 | 28 | 0.0 | 0.0 | 0.4 | 0.1 |
| 09 | 0.9 | 0.0 | 11.3 | 0.4 | 29 | 0.0 | 0.0 | 1.7 | 0.3 |
| 10 | 0.0 | 0.0 | 0.9 | 0.0 | 30 | 0.1 | 0.0 | 0.7 | 0.2 |
| 11 | 0.5 | 0.0 | 11.7 | 0.4 | 31 | 0.1 | 0.1 | 1.5 | 0.1 |
| 12 | 0.1 | 0.0 | 0.6 | 0.0 | 32 | 0.1 | 0.0 | 0.9 | 0.0 |
| 13 | 0.6 | 0.0 | 6.1 | 0.2 | 33 | 0.1 | 0.1 | 1.0 | 0.2 |
| 14 | 0.1 | 0.0 | 0.2 | 0.1 | 34 | 0.0 | 0.0 | 0.7 | 0.0 |
| 15 | 0.3 | 0.2 | 4.4 | 0.1 | 35 | 0.0 | 0.0 | 0.9 | 0.1 |
| 16 | 0.0 | 0.0 | 0.8 | 0.0 | 36 | 0.0 | 0.0 | 0.6 | 0.0 |
| 17 | 0.4 | 0.2 | 5.7 | 0.0 | 37 | 0.1 | 0.0 | 0.9 | 0.0 |
| 18 | 0.0 | 0.0 | 0.9 | 0.0 | 38 | 0.0 | 0.0 | 0.8 | 0.1 |
| 19 | 0.3 | 0.0 | 4.2 | 0.1 | 39 | 0.0 | 0.1 | 0.5 | 0.1 |
4結(jié)語(yǔ)
遠(yuǎn)方PF系列數(shù)字功率計(jì)從0.5％精度到16位高速A/D所實(shí)現(xiàn)的0.03％的精度，從DC到AC500kHz，從基本功能的實(shí)惠型到多功能型，遠(yuǎn)方PF系列數(shù)字功率計(jì)提供用戶更多的選擇空間。遠(yuǎn)方PF系列數(shù)字功率計(jì)在多個(gè)系統(tǒng)中的成功應(yīng)用也證明其能滿足各種電源設(shè)備的科研、生產(chǎn)、質(zhì)檢需要，是組成電源測(cè)試系統(tǒng)的核心工具。
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