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高精度功率在電子電力領域的電流測試技術

發布日期: 2016-12-13
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一、首先

功率調節器的功率變換效率測試,逆變器?馬達的效率測試,電抗器的損失測試等,在電力電子領域的各個方麵都被要求要有高精度的功率(電流和電壓)測試。

二、關於電流的測試方式

功率分析儀的電流測試,一般通過直接測量方式(1(a))和電流傳感器方式的(1(b))其中一種來進行。

下麵,將介紹一下各自的特征。

1 直接測量方式(a)和電流傳感器方式(b)

1、直接測量方式

直接測量方式,是把測試對象的測試線直接連接到功率分析儀的電流端子進行測試的方式。這種方式,測試的原理比較簡單,而且因為功率計本身就有能夠測試電流的優點,從過去開始就一直被使用。但是,把電流測試線連接到功率分析儀的電流輸入端子,電流直接輸入到測試的回路,會有以下的缺陷。

(1) 測試的時候,測試對象的狀態和實際運行的狀態不同。

(2) 所用測試線的阻抗會增加損耗。

(3) 配線間以及配線—GND之間產生電容,增加高頻的漏電。

例如,上麵所述(2),使用5m長的AWG6測試線,配線阻抗約為6.5mΩ。如果測試對象的電流為30A,由於配線阻抗而引起的損失就為5.85W。就5.85W這個數值而言不能判斷是大還是小,但是根據測試對象的電力值,這部分損失是不容忽視的。

另外,直接測量方式,一般使用分流電阻來測試電流。這種分流電阻的方式,存在以下的缺陷。

(1) 電流通過分流電阻,會產生電流的2次方比例的焦耳熱。這些熱量如果計算到計測器的損失上,就是由於自身發熱而引起分流電阻的阻值發生變化,以至於影響測試的精度。

(2) 為了抑製焦耳熱的發生,可以選擇阻值較小的分流電阻。但是,阻值較小的分流電阻,不能忽視極少的誘導成分,使頻率特性惡化。

這些全部都是影響電流和電力測試精度的重要原因,在測試大電流的時候尤其應該注意。

2 分流電阻的自身發熱

在圖2,說明了20A的電流通過2mΩ的分流電阻的時候自身發熱的現象。為了比較,在配線上連接我們公司額定50A的電流傳感器CT6862。分流電阻由於焦耳熱引起的本身加熱,致使溫度上升至50℃的程度。而另一方麵,電流傳感器卻沒有受到焦耳熱的影響,自身幾乎沒有加熱現象。計測器的損失和傳感器本身的溫度特性對測試精度的影響幾乎很小。

通過以上的討論,直接測量方式在電子設備的待機電力測試和LED照明的消耗電力測試方麵,由於受到分流電阻的焦耳熱的影響較小,在測試微小電流的時候(1A程度)時候是非常有效的。

2、電流傳感器方式

電流傳感器方式。是把電流傳感器連接到被測物的配線上,傳感器的輸出信號(電流或者電壓)輸入到功率分析儀進行電流測試的方式。使用電流傳感器方式,在測試時被測物的狀態和實際運行的狀態是相同的。並且大電流的時候自身發熱極少,對測試的精度沒有影響。電力電子領域一般使用電流傳感器方式。在圖3,表示了直接測試方式和電流傳感器方式各自可以高精度測試的範圍和頻率的範圍。需要注意的是,在這裏不是說用各自的方法不能測試圖中表示範圍外的部分。

3 用直接測量方式和電流傳感器方式可以高精度測試的電流值的範圍和頻率範圍。

(並不是說圖中範圍外的部分就一定不能測試)

三、用電流傳感器方式來高精度的測試電力

如前所述,一般在超過5A電流的情況下使用。電流傳感器的方式,和直線測量方式一樣並不是沒有缺陷。為了能進行高精度的電流測試也有幾點需要注意。本章節,將要說明用電流傳感器方式來進行高精度功率測試的注意點。

1、合適的電流傳感器的選擇

用電流傳感器方式來進行高精度並且高重複性的電力測試的前提,是選擇合適的電流傳感器。作為具體的選定基準,首先舉下麵兩個例子:

(1) 電流傳感器的額定電流值和測試對象的電流值大小相匹配。

(2) 電流傳感器可以測試的頻率範圍要包含測試對象電流全部的頻率成分。

並且,在上麵2點的基礎之上:

(3) 電流傳感器所覆蓋的頻率範圍的測試精度要在測試對象的要求之上。

(4) 電流傳感器的輸出幹擾,溫度特性,導體位置的影響,外部磁場的影響,帶磁的影響,共模電壓的影響等誤差的主要原因都要在規定的基礎之上,甚至更小。

所以說,電流傳感器在選擇上要十分的注意。特別是關於(3),一般的電流傳感器的精度規定為DC或者50/60Hz,關於其它頻率範圍的特性都往往都容易忽視。有必要注意。為了在功率分析儀上用傳感器方式來進行高精度電流測試,要注意電流傳感器必須要具備足夠的性能。

2、包括電流傳感器功率測試係統整體的zui適合化

為了用電流傳感器方式進行高精度的電力測試,如前章節所述,不僅要選擇適合的電流傳感器而且包括電流傳感器的功率測試係統都需要zui適合化。也就是說不管電流傳感器測試精度有多高,如果感應器的輸出信號不能正常的傳送到功率分析儀上。那麽也無法進行高精度的電流測試。

4 一般的功率測試係統

在圖4顯示了包括電流傳感器的一般功率測試係統。並且,如前麵所述,對於電流傳感器存在電流的輸出信號和電壓的輸出信號。一般來說。電流傳感器要比電壓傳感器更為廣泛的被使用,在這裏以使用電流傳感器為前提,來進行討論。

作為電流傳感器的信號正確傳送到功率分析儀的條件。

(1) 感應器的電源要有良好的電源品質。GND的取得方法要適當。

(2) 配線之間以及配線--GND間的結合容量要小,抗幹擾性較強。

(3) 功率分析儀的電流輸入部的頻率特性良好,發熱少,絕緣性能(CMRR高,漏電小)高。

另外,抗幹擾性能高, GND的取得方法適當等可以列舉的條件。

一般來說。目前的狀況是電流感應器,感應器用電源,功率分析儀都是不同的廠家,測試線的種類和配線方法都是按照客戶的委托來進行。在這種狀況下,滿足上述的所有條件,電流傳感器的輸出信號正常的傳送到功率分析儀,保證實際高精度測試的電流值。對於電流傳感器的廠家。功率分析儀的廠家。再加上傳感器用電源的廠家來說,不容置疑都是非常困難的。

另一方麵,我們公司從過去開始就以獨自的技術開發電流傳感器和功率分析儀。電力測試係統構成的全部要素都可以由一家獨自完成。也是世界上*可以做到的全部相關AG亚游集团产品的計測器廠家。

我們公司的功率測試係統有以下特點。

(1) 電流傳感器是電壓輸出型,可以標定所列的全頻帶精度。

(2) 把電壓輸出類型的電流傳感器作為功率分析儀專有的電流輸入,使傳感器的輸出電壓水平和功率分析儀的電流輸入部的輸入電壓水平zui匹配。

(3) 功率分析儀內部裝有傳感器用的電源,供給傳感器的電源品質我們公司在規定精度時候必須統一。而且,我們公司的功率分析儀,傳感器用電源和GND一致的同時,除去接地回路的重要原因,在提高測試精度和重複性方麵也進行了反複的評估和改善。

(4) 使用屏蔽線作為傳感器輸出的線路,防止幹擾的同時,進行增益的調節,與線路引起的微小電壓下降抵消。並且我們公司電流傳感器和功率分析儀組合,公司內部以及在第三方認證機構,進行測試精度的評價和抗幹擾試驗。在圖5 也顯示說明了我們公司的電流傳感器(CT6862CT68639709 CT6841CT68433274)和功率分析儀(PW6001)組合的功率測試係統的抗擾,試驗在第三方認證機構進行的情景。正是這樣,為了使係統整體zui匹配,設計每個構成要素的同時,也對構成要素在整個係統中的適配度進行了評估。

 

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