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，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

，也就是說基波有功功率大于總有功功率了。

審核編輯 黃宇