發(fā)布時間：2022年10月09日                       作者：德國GMC-I高美測儀（上海電勵士）

數(shù)字功率計功率同步機制五種類型詳解

1、功率同步機制五種同步類型

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

周期時間同步是將新周期的開始分配給所有儀器。周期時間同步是測量儀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。每種同步類型都獨立于其他同步類型。例如，可以在不同步周期時間的情況下同步頻率。

1.1 同步連接接口

LMG600數(shù)字功率計配有15針同步連接接口。所有連接的信號都可以設(shè)置為輸入或輸出，并可用于控制其他設(shè)備或通過它們進行控制。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量、頻率、周期時間、瞬態(tài)和時間的同步。

1.2  頻率同步

對于頻率同步，每個設(shè)備上的每個組都可以同步到一個公共信號。例如：

★ D一臺儀器的D一組的頻率被設(shè)置為一個信號，例如U1。

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

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

★ 在LMG600數(shù)字功率計的“Group組”菜單可以選擇同步源，來監(jiān)控頻率的調(diào)整。該源可以設(shè)置為來自當(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、開關(guān)和儲能設(shè)備的組合。

圖6：UPS系統(tǒng)上的時間延遲

對于大多數(shù)UPS系統(tǒng)，需要無縫轉(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移/延遲，并且需要測量此時間延遲。為了使兩個信號的速率完全相同，主設(shè)備的頻率（fA）是從設(shè)備的輸入（fB = fA）。然后，LMGA測量輸入和相應(yīng)的相角，LMGB測量輸出和與輸入之間的相角。

1.3 功率分析儀同步機制之周期時間同步

周期時間粗略地定義了獲取數(shù)值/測量結(jié)果的頻率（平均）。為了從多個LMG設(shè)備同時準確地生成測量值，周期時間必須完全相同。周期時間同步具有主/從功能。周期時間在主設(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。

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

圖 7：周期時間同步

如上圖所示，每次當(dāng)前周期結(jié)束既新周期的開始，直到測量到每個信號的Z后一個過零點。根據(jù)信號的頻率，時間差（Snippet片段）會有所不同。也有可能在每個周期時間測量不同數(shù)量的信號周期。例如，圖上信號3的兩個周期在D一個周期內(nèi)測量，而在第二個周期中測量三個周期。

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

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

使用DURNORM命令讀取每個周期的實際持續(xù)時間。通過在DURNORM命令后添加通道數(shù)字來讀取每個通道的測量時間（例如DURNORM2）。每個組的測量時間都不同 。

1.4 功率分析儀同步機制之能量測量同步

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

在下圖中，描述了一臺儀器中的能量測量。

圖 8：能量測量

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

★ 測量開始的周期包含在實際測量中

★ 則積分時間相應(yīng)地調(diào)整

★ 測量停止的周期不包括在實際測量中

★ 應(yīng)用持續(xù)時間和實際持續(xù)時間之間存在時間差

如果能量測量在周期開始時開始，則不存在時間不確定性。但是，如果能量測量在一個周期結(jié)束時開始，則整個周期將包含在實際測量持續(xù)時間中。同樣，如果能量測量在新周期開始時停止，則實數(shù)和應(yīng)用持續(xù)時間之間沒有差異，不確定性等于0。如果能量測量在周期結(jié)束時停止，則該周期不包括在能量測量中。

能量測量的時間不確定性Z大值等于：

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

要同步兩臺設(shè)備的能量測量，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是開始測量所必需的，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。在主設(shè)備上按啟動時，兩臺設(shè)備中的能量測量都將開始。監(jiān)視持續(xù)時間的微小差異。

1.5 瞬態(tài)同步

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

1.6 效率

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

讓我們假設(shè)一個系統(tǒng)，其中一臺儀器測量交流輸入，另一臺儀器測量直流輸出。交流輸入具有50Hz頻率，20ms周期（T），周期時間設(shè)置為60ms。50 ms后，額外的負載接通到輸出端，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：片段對效率測量的影響

在周期時間同步期間，信號被測量直到周期內(nèi)Z后一次正過零。在周期時間n期間僅測量輸入電流的兩個周期，而在周期時間n+1上測量片段。片段是輸入和輸出之間的時間延遲。

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