电能质量测量
过去在大型交流电源系统中,“电能质量”是一个前所未闻的概念,除了功率因数。
几乎所有负载都是“线性”负载,这意味着它们不会扭曲电压正弦波的形状,或导致非正弦电流在电路中流动。这已经不是真的了。
由“非线性”电子元件控制的负载在家庭和工业中变得越来越普遍,这意味着为这些负载供电的电力系统中的电压和电流富含谐波:应该是好的、干净的正弦波电压和电流变得高度畸变,这相当于在基本电力线频率的倍数处存在无限系列的高频正弦波。
过度谐波的影响
交流电源系统中过多的谐波会使变压器过热,在三相系统中引起极高的中性导体电流,以无线电发射的形式产生电磁“噪声”,会干扰敏感的电子设备,降低电动机的马力输出,并可能很难确定。
面对这些困扰电力系统的问题,工程师和技术人员需要一些方法来精确检测和测量这些情况。
电能质量
电能质量 是用于表示交流电源系统不受谐波含量影响的通用术语。 “电能质量”仪表是一种提供某种形式的谐波含量指示的仪表。
测量电能质量
技术人员无需复杂设备即可确定系统电能质量的一种简单方法是比较测量相同系统电压的两个精确电压表之间的电压读数:一个仪表是“平均”类型的单元(例如机电运动仪表)和另一个是“真有效值”类型的单位(例如高质量数字仪表)。
请记住,“平均”型仪表经过校准,因此它们的刻度指示伏特 RMS,基于被测交流电压为正弦的假设 .如果电压不是正弦波形,平均表将不是 记录正确的值,而无论波形如何,真有效值表始终会记录。
这里的经验法则是:两表相差越大,电能质量越差,谐波含量也越大。
一个质量好的电力系统应该在两个仪表之间产生相等的电压读数,在两个仪表的额定误差容限内。
电能质量的另一个定性测量是示波器测试:将示波器 (CRT) 连接到交流电压并观察波形。除了干净的正弦波之外的任何东西都可能表示有问题:
这是一个中等丑陋的“正弦”波。这里有明确的谐波内容!
尽管如此,如果需要定量分析(确定的数字数字),则没有专门为此目的设计的工具的替代品。
这种仪器称为电能质量计 有时在电子界更为人所知的是低频频谱分析仪 .该仪器的作用是在 CRT 或数字显示屏上提供交流电压频率“频谱”的图形表示。
正如棱镜将一束白光分成其组成颜色分量(该光中有多少红色、橙色、黄色、绿色和蓝色),频谱分析仪将混合频率信号分成其组成频率,并显示结果以直方图的形式:(下图)
电能质量计是一种低频频谱分析仪。
该仪表水平刻度上的每个数字代表基频的一个谐波。对于美国电力系统,“1”代表 60 Hz(第一次谐波,或基波 ),“3”代表180Hz(三次谐波),“5”代表300Hz(五次谐波),依此类推。
黑色矩形代表所测交流电压中这些谐波分量的相对幅度。
纯 60 Hz 正弦波只会在“1”上方显示一个高黑条,而在标尺上的其他频率标记上根本没有显示黑条,因为纯正弦波没有谐波成分。
像这样的电能质量计最好称为泛音 因为它们的设计目的是只显示那些已知由电力系统产生的频率。
在三相交流电力系统中(主要用于大功率应用),偶数谐波往往会被抵消,因此只有在重要措施中存在的谐波才是奇数谐波。
工业技术