電力分析儀的應用

隨著科學技術的不斷進步，對機床產品的技術要求日益提高。在貫徹JB/T3382.2-2000標準中，就需要對機床主軸空運轉功率進行測試。按規定：任何一種型號的機床，要確定磨頭空運轉功率的指標，可選擇裝配較好的十套磨頭，測量空運轉功率，取平均值作為考核指標。這對于以小批量，多品種為特點的機床行業來說，如果采用傳統的測量方法，即三表法或二表法測量磨頭電機的功率，這些測量方法的測量系統體積龐大，接線復雜，無疑是一件十分繁重的工作，而且受測量系統結構的限制，測量精度較低，對主軸的空運轉功率很難測試。

　　為了滿足JB/T3382.2-2000標準中6.4章節的要求，經過一年多時間的調訪，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，可以完成對單相交流電動機或三相交流電動機的電壓、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測量電壓和電流過零點的差來完成的。如下圖所示。儀器通過相位角φ，電壓U和電流I來計算三相實時有功功率P，視在功率S ，無功功率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，測試會不準確或根本不能進行測試。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有功功率和視在功率來計算λ，即計算λ=P/S。而單相功率因數測量方式會將電壓波形和電流波形認為是正弦波，通過相位角φ來計算λ。 相位角測量是功率因數方式計算的基礎，如果說波形發生畸變，這種功率因數的測量方式計算會產生很大誤差，甚至是完全錯誤。因此，對于波形發生畸變時，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將電壓波形和電流波形認為是正弦波，通過相位角來計算λ。 相位角測量是功率因數方式計算的基礎，如果說電壓波形和電流波形是正常的，無疑單相功率因數測量方式下的計算λ結果是正確的。

　　b)如果說輸入的電壓波形和電流波形發生了畸變時，而單相功率因數測量方式同樣會將電壓波形和電流波形認為是正弦波，通過相位角來計算λ。 相位角測量也是功率因數方式計算的基礎，如果說波形發生畸變，這種功率因數的測量方式計算會產生很大誤差。因此，對于波形發生畸變時，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有功功率和視在功率來計算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將電壓波形和電流波形認為是正弦波，通過相位角來計算λ。 相位角測量是功率因數方式計算的基礎，如果說電壓波形和電流波形是正常的，無疑三相功率因數測量方式下的計算λ結果是正確的。

　　d)如果說輸入的電壓波形和電流波形發生了畸變時，而三相功率因數測量方式同樣會將電壓波形和電流波形認為是正弦波，通過相位角來計算λ。 相位角測量也是功率因數方式計算的基礎，如果說波形發生畸變，這種功率因數的測量方式計算會完全錯誤。因此，對于波形發生畸變時，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有功功率和視在功率來計算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，測量電路見附圖1。

　　b)對于三相電路而言， 測量電路見附圖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產生較在的測量誤差。 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相應的增大， 如果說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相應的減小。

因此， 如果說它的負載功率不是平衡的， 測量電路應按附圖3，對電機功率進行二次測量， 從HIOKI3286型電力分析儀上讀出的二次測量結果，進行相加。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)三相四線回路的測量，對于如果說它的負載功率是平衡的， 三相四線回路的功率和功率因數測量是與三相三線回路的測量相同，不需要使用中線，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行接線和測量，以中線為基準，對三相負載進行分別測量， 分別從HIOKI3286型電力分析儀上讀出的三次測量結果，將這些功率讀數進行累加，此時的功率應是：P=P1+P2+P3

　　e) 對于小功率的三相交流異步電機， 測量電路見附圖2，在這種情況下， 雖然說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。

　　以我公司生產的HZ-150手動小型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，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即此時的磨頭電機空載功率P=P(讀數)/1.732。

　　3.視在功率S，無功功率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，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檔和手動檔測量。

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

　　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，讀數直觀正確等顯著特點。在生產和科研工作中，筆者應用HIOKI3286型電力分析儀，成功地對我公司8種平面磨床產品的主軸空運轉功率，滿載功率進行測量。

　　根據這些測量數據，專程到海寧永發電機有限公司，利用該公司大型精密電機檢測系統中，進行校核。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研究院進行鑒定，證明儀器的各項性能是合格的。