發(fā)布時(shí)間：2022年10月09日                       作者：德國(guó)GMC-I高美測(cè)儀（上海電勵(lì)士）

數(shù)字功率計(jì)功率同步機(jī)制五種類型詳解

1、功率同步機(jī)制五種同步類型

為確保測(cè)量結(jié)果不是異步的，存在五種不同類型的同步：周期時(shí)間同步、頻率同步、能量累積測(cè)量同步、瞬態(tài)同步和時(shí)間同步。

周期時(shí)間同步是將新周期的開(kāi)始分配給所有儀器。周期時(shí)間同步是測(cè)量?jī)x器成功同步的主要步驟，也是Z重要的步驟。然而，在特定應(yīng)用可能需要更多同步類型。每種同步類型都獨(dú)立于其他同步類型。例如，可以在不同步周期時(shí)間的情況下同步頻率。

1.1 同步連接接口

LMG600數(shù)字功率計(jì)配有15針同步連接接口。所有連接的信號(hào)都可以設(shè)置為輸入或輸出，并可用于控制其他設(shè)備或通過(guò)它們進(jìn)行控制。引腳Sync_Energy_I/O、Sync_Frequency_I/O、Sync_Cycle_I/O、Sync_Transient_I/O和Sync_Time_I/O分別用于同步能量測(cè)量、頻率、周期時(shí)間、瞬態(tài)和時(shí)間的同步。

1.2  頻率同步

對(duì)于頻率同步，每個(gè)設(shè)備上的每個(gè)組都可以同步到一個(gè)公共信號(hào)。例如：

★ D一臺(tái)儀器的D一組的頻率被設(shè)置為一個(gè)信號(hào)，例如U1。

★ 第二臺(tái)儀器的D一組的頻率設(shè)置為外部。然后，它的輸入是來(lái)自D一臺(tái)儀器并被設(shè)置為相同的信號(hào)U1。只有D一組的信號(hào)可以設(shè)置為第二臺(tái)儀器的輸入。

★ 時(shí)間效應(yīng)，即不同設(shè)備信號(hào)之間的時(shí)間差，非常小，可以忽略不計(jì)。

★ 在LMG600數(shù)字功率計(jì)的“Group組”菜單可以選擇同步源，來(lái)監(jiān)控頻率的調(diào)整。該源可以設(shè)置為來(lái)自當(dāng)前或者任意其他組和外部的電壓或電流通道。

★ 需要頻率同步的典型應(yīng)用示例是不間斷電源（UPS）。UPS是維持設(shè)備供電的裝置，是轉(zhuǎn)換器、開(kāi)關(guān)和儲(chǔ)能設(shè)備的組合。

圖6：UPS系統(tǒng)上的時(shí)間延遲

對(duì)于大多數(shù)UPS系統(tǒng)，需要無(wú)縫轉(zhuǎn)換，并且輸入頻率應(yīng)與輸出頻率同步。輸入和輸出之間存在相角差指示時(shí)移/延遲，并且需要測(cè)量此時(shí)間延遲。為了使兩個(gè)信號(hào)的速率完全相同，主設(shè)備的頻率（fA）是從設(shè)備的輸入（fB = fA）。然后，LMGA測(cè)量輸入和相應(yīng)的相角，LMGB測(cè)量輸出和與輸入之間的相角。

1.3 功率分析儀同步機(jī)制之周期時(shí)間同步

周期時(shí)間粗略地定義了獲取數(shù)值/測(cè)量結(jié)果的頻率（平均）。為了從多個(gè)LMG設(shè)備同時(shí)準(zhǔn)確地生成測(cè)量值，周期時(shí)間必須完全相同。周期時(shí)間同步具有主/從功能。周期時(shí)間在主設(shè)備上定義，其余/從設(shè)備設(shè)置為“外部”，并由主設(shè)備控制。

下圖是一個(gè)儀器的不同組信號(hào)或不同儀器和不同頻率的信號(hào)之間的周期時(shí)間同步示例。 在LMG功率分析儀上的“Instrument儀器”菜單下，可以設(shè)置周期時(shí)間并將其應(yīng)用于設(shè)備的所有信號(hào)和組，并通過(guò)主/從操作應(yīng)用到其他設(shè)備。

圖 7：周期時(shí)間同步

如上圖所示，每次當(dāng)前周期結(jié)束既新周期的開(kāi)始，直到測(cè)量到每個(gè)信號(hào)的Z后一個(gè)過(guò)零點(diǎn)。根據(jù)信號(hào)的頻率，時(shí)間差（Snippet片段）會(huì)有所不同。也有可能在每個(gè)周期時(shí)間測(cè)量不同數(shù)量的信號(hào)周期。例如，圖上信號(hào)3的兩個(gè)周期在D一個(gè)周期內(nèi)測(cè)量，而在第二個(gè)周期中測(cè)量三個(gè)周期。

重要的是要理解片段并不意味著測(cè)量誤差，而是各種測(cè)量結(jié)果來(lái)自略有不同的時(shí)間間隔。如果問(wèn)題是我們?nèi)绾尉_地同時(shí)測(cè)量：答案是沒(méi)有物理方法可以實(shí)現(xiàn)1同步，而只有幾乎同步的信號(hào)。

使用LMG600數(shù)字功率計(jì)，測(cè)量是無(wú)間隙的。當(dāng)測(cè)量周期結(jié)束時(shí)，完成的周期用于計(jì)算測(cè)量值，未完成的周期用作下一個(gè)周期采樣的起始值。比如以50ms的周期時(shí)間測(cè)量周期為20ms的信號(hào)，則實(shí)際測(cè)量時(shí)間在40ms和60ms之間交替。沒(méi)有片段就沒(méi)有無(wú)間隙的測(cè)量！

使用DURNORM命令讀取每個(gè)周期的實(shí)際持續(xù)時(shí)間。通過(guò)在DURNORM命令后添加通道數(shù)字來(lái)讀取每個(gè)通道的測(cè)量時(shí)間（例如DURNORM2）。每個(gè)組的測(cè)量時(shí)間都不同 。

1.4 功率分析儀同步機(jī)制之能量測(cè)量同步

為了執(zhí)行能量測(cè)量，應(yīng)定義開(kāi)始時(shí)間和測(cè)量持續(xù)時(shí)間。測(cè)量持續(xù)時(shí)間取決于周期模式，當(dāng)選擇固定間隔周期模式時(shí)，它是周期時(shí)間的整數(shù)。同樣，當(dāng)周期模式分別設(shè)置為“Hram諧波”或“Scope示波”時(shí)，它取決于諧波分析的周期長(zhǎng)度或真實(shí)采樣率。該儀器只將完整的周期用于能量計(jì)算。

在下圖中，描述了一臺(tái)儀器中的能量測(cè)量。

圖 8：能量測(cè)量

應(yīng)用的持續(xù)時(shí)間是通過(guò)用戶的外部I/O定義的。我們可以注意到：

★ 測(cè)量開(kāi)始的周期包含在實(shí)際測(cè)量中

★ 則積分時(shí)間相應(yīng)地調(diào)整

★ 測(cè)量停止的周期不包括在實(shí)際測(cè)量中

★ 應(yīng)用持續(xù)時(shí)間和實(shí)際持續(xù)時(shí)間之間存在時(shí)間差

如果能量測(cè)量在周期開(kāi)始時(shí)開(kāi)始，則不存在時(shí)間不確定性。但是，如果能量測(cè)量在一個(gè)周期結(jié)束時(shí)開(kāi)始，則整個(gè)周期將包含在實(shí)際測(cè)量持續(xù)時(shí)間中。同樣，如果能量測(cè)量在新周期開(kāi)始時(shí)停止，則實(shí)數(shù)和應(yīng)用持續(xù)時(shí)間之間沒(méi)有差異，不確定性等于0。如果能量測(cè)量在周期結(jié)束時(shí)停止，則該周期不包括在能量測(cè)量中。

能量測(cè)量的時(shí)間不確定性Z大值等于：

在能量測(cè)量期間，在能量測(cè)量開(kāi)始的周期和能量測(cè)量停止的周期間存在周期誤差。欲了解更多信息，請(qǐng)參閱應(yīng)用文章“使用LMG600精密功率分析儀進(jìn)行能量測(cè)量”。

要同步兩臺(tái)設(shè)備的能量測(cè)量，應(yīng)將從設(shè)備能量菜單上的控制模式設(shè)置為外部。同步連接接口上的控制信號(hào)是開(kāi)始測(cè)量所必需的，其由主設(shè)備提供。

★ 在“enegy能量”菜單，將主設(shè)備的“Control Mode控制模式”設(shè)置為“Direct直接”，并將從設(shè)備的“Control Mode控制模式”設(shè)置為“External外部”。在從設(shè)備上按啟動(dòng)。在主設(shè)備上按啟動(dòng)時(shí)，兩臺(tái)設(shè)備中的能量測(cè)量都將開(kāi)始。監(jiān)視持續(xù)時(shí)間的微小差異。

1.5 瞬態(tài)同步

瞬態(tài)同步是指瞬態(tài)事件的開(kāi)始時(shí)間的同步。選擇為輸入時(shí)，上升沿會(huì)觸發(fā)儀器中的瞬態(tài)記錄。選擇為輸出時(shí)，上升沿表示儀器中觸發(fā)了瞬變。0.1ms后，信號(hào)變回0。

1.6 效率

我們已經(jīng)看到，在實(shí)際系統(tǒng)中，W美的同步是不可能的，同步設(shè)備之間總是存在時(shí)間延遲“snippet片段”。這也會(huì)影響效率測(cè)量，并可能導(dǎo)致效率測(cè)量高于實(shí)際值甚至高于1。輸入和輸出功率測(cè)量來(lái)自略有不同的時(shí)間間隔。這與系統(tǒng)中的節(jié)能設(shè)備（例如電容器，電機(jī)繞組）相結(jié)合，可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的效率結(jié)果。

讓我們假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)，其中一臺(tái)儀器測(cè)量交流輸入，另一臺(tái)儀器測(cè)量直流輸出。交流輸入具有50Hz頻率，20ms周期（T），周期時(shí)間設(shè)置為60ms。50 ms后，額外的負(fù)載接通到輸出端，電流從0.05A增加到0.5A。然后輸入電流將從0.1A（峰值）增加到1.5A（峰值）。

圖 9：片段對(duì)效率測(cè)量的影響

在周期時(shí)間同步期間，信號(hào)被測(cè)量直到周期內(nèi)Z后一次正過(guò)零。在周期時(shí)間n期間僅測(cè)量輸入電流的兩個(gè)周期，而在周期時(shí)間n+1上測(cè)量片段。片段是輸入和輸出之間的時(shí)間延遲。

在周期時(shí)間n結(jié)束時(shí)，恰好輸出電流高于輸入電流，這導(dǎo)致效率高于1。在下一個(gè)周期中，這種能量泄漏被修復(fù)。