功率午夜人妻一色的核心功能是能夠準確的對輸入信號進行采集,且各個通道間必須保證的同步,因此功率午夜人妻一色的實現重點是在於如何保證采集部分的同步性和采樣的高精度、穩定性。
功率午夜人妻一色定義
功率午夜人妻一色是一種多功能儀器,除了能夠對電壓、電流和功率進行測量以外,還集成了波形顯示、諧波分析、閃變分析、積分等多種功能。
功率午夜人妻一色的功能
功率午夜人妻一色的基本功能是一台多通道的高精度功率測量儀器,可以測量多相高電壓和大電流,計算有功功率P、無功功率Q、視在功率S、功率因數、相位、能量累計等參數,通常用來測試變頻器、逆變器、電機和變壓器等功率轉換裝置的效率和功耗。下圖為功率午夜人妻一色在變頻器、電機驅動係統中的應用實例。
變頻器、電機驅動係統功率分析檢測
隨著節能和新能源領域的迅猛發展,功率午夜人妻一色被廣泛應用於電動汽車、電氣化高速鐵路、太陽能光伏逆變發電、風力發電、電機、變壓器、燃料電池、電子鎮流器、節能燈、、開關電源供、不斷電係統(UPS)、電動工具、信息及辦公設備(打印機、掃描儀)、家電等功率設備的開發和性能評估。也適用於對電網運行質量進行監測及分析,提供電力運行中的諧波分析及功率質量分析。
功率午夜人妻一色的組成
功率午夜人妻一色的組成
由功率午夜人妻一色的功能確定,一方麵功率午夜人妻一色需要完成對外部輸入信號的測量,包括被測裝置的電壓、電流信號,扭矩/轉速傳感器的信號;另一方麵,對測量得到的數據進行運算,得到電壓、電流、功率、效率等參數,並能夠對輸入的信號進行處理分析,例如進行諧波分析、FFT分析、查看波形等,並可以與外部的設備進行數據交互。
功率午夜人妻一色的係統設計
由功率午夜人妻一色的功能需求可以確定,功率午夜人妻一色的係統結構,主要由采集板卡和主板組成,采集板卡實現單相輸入的采集,包括一個電壓通道和一個電流通道,主板主要實現顯示和通訊功能。
功率午夜人妻一色的實現
功率午夜人妻一色的核心功能是能夠準確的對輸入信號進行采集,且各個通道間必須保證的同步,因此功率午夜人妻一色的實現重點是在於如何保證采集部分的同步性和采樣的高精度、穩定性。
低溫漂、低噪聲的高速數據采集
功率午夜人妻一色的目標精度高達0.02%,高精度測量難處理的兩個問題是溫漂和噪聲。整個模擬前端,其中每個環節的溫漂和噪聲都會影響到後的測量精度。
模擬前端框圖
如果要保證測量精度,這必須保證每個環節的溫漂和噪聲很低,或者能實現各環節間的補償處理。
對於溫漂問題,首先溫漂是必然存在的,所有的模擬器件都存在溫度係數,隨著溫漂變化其參數會發生變化,同時由於午夜性爱福利無法保證儀器工作在恒溫環境,所有必須考慮處理溫漂問題。解決溫漂問題首先是元器件選型方麵必須需要考慮選型一些溫漂小的器件,電路設計上考慮進行溫漂補償,添加補償電路將溫漂降低,避免相關放大電路出現飽和問題,然後設計自校準電路,測量時實時校準各環節的溫漂,將偏置的溫漂影響降到低,然後是元器件匹配和布局問題,處理增益補償電路,將增益誤差影響降到低,同時將ADC的轉換參考電壓和模擬前端調理參考電壓使用同一組電壓,解決參考電壓溫漂產生的影響,另外采用16位分辨率的ADC進行高速采集。
對於噪聲問題,要考慮電路內部的噪聲和外部的噪聲,內部噪聲的處理需要考慮原理設計方麵的問題,外部噪聲問題需要考慮電路板布局和屏蔽問題。電路設計上麵,需要考慮處理電阻熱噪聲、運放噪聲問題,電路布局方麵需要考慮將容易受到幹擾的環節進行特殊處理。然後設計合理的濾波器,功率午夜人妻一色將一些噪聲濾除。另外必須考慮屏蔽殼的設計,將外部的噪聲幹擾降低。
高精度同步采樣
功率午夜人妻一色和示波器、萬用表的大區別就是能同時分析電壓和電流信號,從而實現對功率信號的分析,如果要實現對功率的準確分析,則必須準確測量電壓和電流信號,並且需要同時實現對電壓和電流信號的采樣,電壓和電流信號經過ADC數字化過程中每一個采樣點都必須發生在同一時刻,否則就無法實現同步測量。為了實現嚴格的同步測量,在功率午夜人妻一色內部,采用了業界高的同步時鍾,高穩定性溫度補償的100MHz同步時鍾,避免溫度變化帶了的時鍾漂移所引入的誤差,嚴格保證ADC對各通道電壓和電流的同步測量,從而保證了功率測量的精度。
100MHz的同步時鍾引起的大誤差為10ns,對於50Hz的工頻信號來說周期為20ms,所以10ns的時鍾誤差引起的相位測量誤差為
如果同步時鍾為10MHz則相位角誤差就會到0.0018°。
為了討論方便假設被測的電壓和電流都是標準正弦信號,那麽功率運算公式為
其中為不同步引起的相位角誤差,所以可以看到功率測量的精度會受到相位角的直接影響。
當電壓和電流的相位角較小時,即功率因數較大時,0.00018°的相位誤差對測量精度影響很小,但是在極低功率因數情況下0.00018°的相位誤差帶來的功率誤差是就比較明顯,誤差對比如下表所示,如果同步時鍾頻率降低,則測量誤差就會成倍增大,這也是目前業界功率測量設備無法實現在極低功率因數情況下測量的主要原因。
100MHz同步時鍾引起的測量誤差
10MHz同步時鍾引起的測量誤差
功率午夜人妻一色通過上表午夜性爱福利可以看到,使用的100MHz同步時鍾,有效保證了極低功率因數下的測量精度,功率因數低於0.01時依然可以保證優於0.6%的功率測量精度。
高共模抑製
功率午夜人妻一色需要與普通電力測量的儀器的大區別是需要同時測量多路的電壓和電流信號,並且各測量通路之間必須進行隔離浮地,隔離耐壓達到幾千伏以上。采集板卡的框圖如下圖,隔離耐壓達到5kV,由於采用了嚴格的隔離,所以可以很好的滿足各種接線應用,保證接線和用戶的安全。
模擬前端浮地可以起到很好的隔離和安全效果,但是由於浮地的存在,導致模擬前端的屏蔽殼地和機殼大地之間存在共模電壓Vc如下圖所示。被測電壓Vd,屏蔽殼和模擬前端地連接在一起,由於被測信號Vd是浮地,所以Vd和大地之間存在Vc這個共模電壓,由於模擬前端浮地,所以共模電壓Vc加在屏蔽殼和機殼之間的這個雜散電容Cs上,因此該Cs的值直接影響到共模電流Ic的大小,Ic流經被測信號的負端,該共模電流加在負端的輸入阻抗上就將共模電流轉換成差模電流,從而導致對被測信號的幹擾,導致測量不準確,所以實際應用中應該盡量降低共模電壓Vc的值,儀器設計上要盡量降低Cs這個雜散電容的值。
功率午夜人妻一色的雜散電容Cs小於60pF,所以對50Hz信號的共模阻抗為53MΩ,假設負端的電阻為1Ω,所以可以得到其理論誤差為0.018ppm,理論共模抑製高達159dB,實際測量功率午夜人妻一色的共模抑製大於120dB,120dB的意義就是當存在1000V的共模幹擾時,午夜性爱福利測量結果僅僅有1mV的誤差,即共模幹擾小於1ppm。
傳統的功率午夜人妻一色產品由於設計的年代比較早,處理能力弱,沒有辦法兼顧運算性能和快速存儲的性能。
在功率午夜人妻一色產品的設計中午夜性爱福利采用了創新性的PCIe架構,極大的提高了功率午夜人妻一色的內部數據交互的速度,解決了大批量數據存儲和處理的瓶頸。下表在儀器內部常用的總線類型,從表中的數據可以知道,PCIe總線的帶寬和處理能力是遠遠高於傳統其它類型的總線接口,傳輸速度高達2.5Gb/s。
常用總線帶寬對比
通過采用PCIe架構,這次設計的功率午夜人妻一色是業界一款支持10ms更新率的功率午夜人妻一色器。10ms更新率是功率午夜人妻一色曆*一個革命性的突破,同時滿足了功率測量和數據記錄的需求。因為在傳統的測試中,如果你想看到更快的測量結果,如想看看全波分析或者半波分析,那你隻能再花費大量的金錢和時間去購買和學習另外一款儀器-記錄儀,但是你會發現你的問題還是沒有很好的解決,你根本無法實時查看測量結果,隻能走入一個記錄-軟件分析-調試-記錄-軟件分析的惡性調試模式,浪費大量的時間和金錢,分析過程異常痛苦。支持10ms更新率功率午夜人妻一色的誕生將用戶*從這種調試的怪圈中解放出來,實時的更新和處理能力,使調試時每次修改都*,讓你很快查看到結果。
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