手把手教您DIY便携式功率分析仪
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- 发布时间：2013/10/30 22:27:33
- 作者：AnyWay中国
变频电量具有频带宽，谐波含量丰富，波形复杂等特点，适用于变频电量测量的各种宽频带
功率分析仪大多体积较大、价格昂贵，且不能满足一些特殊的需要，本文手把手教您如何针对需求DIY各种
便携式功率分析仪。
一便携式功率分析仪测量元件
便携式功率分析仪的测量元件主要用于测量电压、电流及功率，按照习惯本文称为功率单元。
便携式功率分析仪的功率单元采用湖南银河电气有限公司研制的DT系列数字变送器，每台变送器具有两个电量输入通道。采用
前端数字化技术，输入电量在内部完成高速交流采样，采样结果通过光纤上传至DH2000数字主机。
DT
数字变送器根据被测电量的量程分为多种型号，其中128V/1.28A及以下的变送器只有烟盒大小。
DT数字变送器的两个通道可以灵活配置，即可配置为一路电压和一路电流，也可配置为两路电压或两路电流。并且电压或电流通道的量程均有多种选择。此外，DT数字变送器对于每个通道的电量均按照模拟量和脉冲频率量两种方式同时进行测量。这样的配置使DT数字变送器的具有非常灵活的应用：
1、DT数字变送器用于功率测量时，电压通道既可直接测量1280V以下的电压，也可与各种电压输出型或电流输出型的电压传感器相连；同理，电流通道既可直接测量128A以下的电流，也可与各种电流输出型或电压输出型的电流传感器相连。例如，不同配置可以与电压互感器、电流互感器、霍尔电压传感器（输出可能是电压或电流信号）、霍尔电流传感器（输出可能是电压或电流信号）、分压器、分流器（输出电压信号）、罗氏线圈（一般输出电压信号）等各种电量传感器配套测量更高的电压和更大的电流。
2、DT数字变送器两个通道均配置为电压输入时，根据基尔霍夫电压定律，可以用于三相电压测量。
3、DT数字变送器两个通道均配置为电流输入时，根据基尔霍夫电流定律，可以用于三相电流测量。
4、DT数字变送器两个通道采用相同配置时，可利用微差测量法对各种传感器进行高精度检定/校准。
5、宽范围测量能力和可选的多种量程，使DT数字变送器几乎可以与任意电量或非电量的传感器相连进行测量。例如，利用其双通道特点，可以一个通道连接热电偶输出，另一个通道连接热电偶冷端补偿输出，实现热电偶的精确测量。
6、DT数字变送器的脉冲频率测量功能使其可以与各种脉冲频率输出传感器相连进行时间频率信号的测量。例如，与扭矩传感器相连，一个通道用于测量扭矩，一个通道用于测量转速，实现电机输出功率的测量。
图1 便携式功率分析仪的测量元件_DT数字变送器
注：详细内容请参见：DT系列数字变送器
二便携式功率分析仪数据采集器
便携式功率分析仪数据采集器采用湖南银河电气有限公司研制的DH2000数字主机。
DH2000数字主机是一款基于前端数字化技术的虚拟仪器的高速数据采集器，支持瞬态、稳态数据采集与管理。
作为虚拟仪器的高速数据采集器，DH2000数字主机是虚拟仪器系统的重要组成部分，是功率单元与上位机之间的桥梁。
DH2000数字主机根据最大连接功率单元数量分为DH200-2、DH2000-4和DH2000-6三种型号，分别可连接2、4、6个功率单元。数字主机通过USB2.0接口连接上位机。
DT2000-2型数字主机只有烟盒大小。
图2 便携式功率分析仪数据采集器_DH2000-6数字主机
注：详细内容请参见：DH2000数字主机
三便携式功率分析仪的硬件准备
1确定功率单元的型号和数量
便携式功率分析仪大多场合需要与电压、电流传感器配套使用。
如果主要用于变频器或变频电机测量，由于变频电量传感器大多输出电压较低，输出电流较小，推荐采用25.6V/1.28A的DT233数字变送器。
如果考虑要与电磁式电压、电流互感器配套测量，推荐采用128V/6.4A的DT222数字变送器。
如果主要用于低压变频器或变频电机的测试，推荐采用1280V/6.4A的DT212数字变送器，电压测量无需外接传感器。
作为便携式功率分析仪，通常需要同时观测的测点不会太多，对于一般的谐波分析用途，一个变送器即可。对于三相变频器或电机，可采用两个变送器。
如果需要同时测量电机的输入功率和输出功率，可采用两个变送器测量三相输入功率，一个变送器测量扭矩和转速。
如果需要同时测量三相变频器的输入功率和输出功率，需要四个变送器分别测量三相输入和输出功率。
2确定数字主机的型号
根据DT数字变送器的数量确定DH2000数字主机的型号。作为便携式功率分析仪，一般建议采用双通道的DH2000-2数字主机。当可能面对较多通道时，可考虑采用两台数字主机。
3确定光纤长度和数量
根据观测点与被测点的距离，确定光纤的长度。每个DT数字变送器包含一对光纤，根据DT数字变送器的数量确定光纤的对数。光纤最大长度为100m，一般而言，在大型厂房采用30m较合适，普通实验室10m就够了。
图3 便携式功率分析仪应用示例
四携式功率分析仪软件编制
便携式功率分析仪的数据处理在上位机实现。
数据处理的主要技术是数字滤波和傅里叶变换。
选择数字滤波器的类型和特征频率，可以实时查看变频器输出电压、电流的基波和各次谐波。
准确的基波和谐波功率测量主要通过傅里叶变换实现，对于基波测量，若精度要求较高时，推荐采用DFT算法。谐波测量由于运算量过大，推荐采用FFT算法。
DH2000数字主机可以输出多种数据格式，可以兼容Matlab、LabViEW等软件所需的常用数据格式。
用户可以自行采用Matlab、LabView等编制功率分析仪所需软件，也可采购湖南银河电气有限公司的DH2000数据采集系统相关软件子模块。
五便携式功率分析仪软件特点
1便携
便携式功率分析仪的便携主要体现在两个方面：
一是因为DT数字变送器具有非常宽的测试范围，几乎可以与所有电压、电流传感器相连，并且可以实现量程匹配，加上前端数字化的优势，无需考虑屏蔽线及接地，所以完全可以利用现场的传感器，也无需准备连接缆线。
二是因为相关硬件体积较小，便携式功率分析仪完全可以装进普通笔记本电脑包内。
2扩展性强
你可根据目前需要选择DT数字变送器的种类和数量，而不必考虑发展的问题，因为您随时可以增加变送器的数量和种类。
3操作安全
测量点与数字主机及上位之间没有任何电连接，可确保操作安全。光纤可实现远距离传输，观测者大可远离噪音、强电充斥的复杂的、危险的现场。
4轻松搞定电磁兼容
前端数字化传输，不但避免了传输环节的损耗与干扰，还切断了测量元件的主要干扰传输路径，不必考虑屏蔽、接地等抗干扰措施，轻松搞定电磁兼容。
5多功能
便携式功率分析仪不但可以实现常规宽频带功率分析仪的所有功能。还可根据需要编制或采购专用软件实现便携式电能质量分析仪、便携式无纸记录仪、便携式谐波检测仪等虚拟电量测量仪器及振动噪声分析仪、音频分析仪、轴功率测试仪等非电量测量分析仪器。除了常规的三相功率分析仪，您还可轻松实现五相、六相、十五相等多相功率分析仪。
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