在電機(jī)試驗(yàn)的實(shí)際測(cè)量中，WP4000變頻功率分析儀遇到過(guò)基波有功功率大于總有功功率這種看上去違背常理的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)會(huì)引起我們對(duì)測(cè)量?jī)x器準(zhǔn)確性的質(zhì)疑，為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象，真的是WP4000變頻功率分析儀的測(cè)量有問(wèn)題嗎?

一WP4000變頻功率分析儀測(cè)試現(xiàn)象描述

圖1 電壓源型變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖

圖2三相三線制電功率測(cè)量時(shí)的SP系列變頻功率傳感器接線圖

圖1所示為脈寬調(diào)制(PWM)變頻器供電時(shí)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行和測(cè)量原理圖，圖中SP系列變頻功率傳感器接線圖采用圖2所示的虛擬中性點(diǎn)三瓦計(jì)法。

與

分別為電機(jī)的三相電壓和三相電流。根據(jù)有功功率的定義，在電機(jī)輸入端WP4000功率分析儀測(cè)量得到的總有功功率

為

將

與

分別做傅里葉分解，求得三相電壓的基波分量有效值分別為

與

，三相電流的基波分量有效值分別為

與

，基波電壓與基波電流的相角差分別為

與

，則電機(jī)輸入端的基波有功功率

為

在電機(jī)運(yùn)行試驗(yàn)過(guò)程中，有時(shí)出現(xiàn)了

的現(xiàn)象，電機(jī)試驗(yàn)工程師或功率分析儀的使用人員根據(jù)能量守恒定律，就會(huì)懷疑是否是儀器測(cè)量結(jié)果有誤?

二基波有功功率大于總有功功率現(xiàn)象解讀

由于以SP變頻功率傳感器為核心的WP4000變頻功率分析儀是變頻電量測(cè)量?jī)x器國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)的原型，為全世界首臺(tái)變頻電量測(cè)量?jī)x器國(guó)家基準(zhǔn)(ATITAN變頻功率標(biāo)準(zhǔn)源)提供測(cè)量基準(zhǔn)，其所有精度指標(biāo)均可溯源，是目前最高帶寬和最高精度的變頻高電壓傳感器。故我們可以排除儀器的測(cè)量結(jié)果有誤這個(gè)觀點(diǎn)。

既然儀器的測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可信，那難道能量守恒定律錯(cuò)了嗎？肯定不是。錯(cuò)誤的根源在于應(yīng)用能量守恒定律時(shí)，沒(méi)有考慮到感應(yīng)電機(jī)在某些工況下應(yīng)被看作是非線性負(fù)載，沒(méi)有全面準(zhǔn)確分析變頻器和感應(yīng)電機(jī)之間的能量流動(dòng)。在本章的106問(wèn)中，我們已經(jīng)知道非線性負(fù)載消耗的諧波功率是負(fù)值，即式(4.80)中，

，故

。也就是說(shuō)，對(duì)于非線性負(fù)載，基波功率總是大于平均功率的。這里要強(qiáng)調(diào)的是，基波功率大于平均功率的部分正是非線性負(fù)載向外電路輸出的諧波功率。

圖3變頻器與感應(yīng)電機(jī)之間的能量流動(dòng)

將感應(yīng)電機(jī)看作是非線性負(fù)載，圖3給出了變頻器與感應(yīng)電機(jī)之間的能量流動(dòng)過(guò)程，其中

是變頻器提供給電機(jī)的基波有功功率，

是變頻器提供給電機(jī)的諧波有功功率，

是電機(jī)消耗的諧波有功功率。這里需要再次強(qiáng)調(diào)的是

來(lái)源于

和=，即

。功率分析儀測(cè)量得到的總有功功率

為

若出現(xiàn)

這種工況，則必有

，也就是說(shuō)基波有功功率大于總有功功率了。

審核編輯 黃宇