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阻抗测量包括复数阻抗、导纳与电感、电容、电阻、品质因数及损耗因数等实数参量的测量,阻抗的计量单位欧姆的依据,是标准电阻器和电抗器,而电阻、电抗的基准则源于可计算电容。
在低频、高频和超高频范围内,测量集总参数电路或元件中电压与电流的复数比(阻抗)或其倒数(导纳)。分布参数电路中的阻抗测量属于驻波与反射测量。阻抗测量包括复数阻抗、导纳与电感、电容、电阻、品质因数及损耗因数等实数参量的测量。属于同一被测对象的上述诸参量之间具有确定的换算关系,因而只要测出其中几项便可求出其他参量。
阻抗的计量单位欧姆的依据,是标准电阻器和电抗器,而电阻、电抗的基准则源于可计算电容。日常计量测试所有的电抗标准,大都采用各种固定的和可变的标准电容器,因为它们与标准电感器相比,具有较小的残余参量和较好的稳定性。
电桥法用交流电桥测量阻抗的原理与用直流惠斯登电桥测量电阻的原理相同。电桥电源 E用指定频率的正弦信号,平衡条件由四个桥臂的复数阻抗(图1)决定,即
调节已知臂中某两个元件,使指示器D示零,便可由平衡条件式求出未知臂的阻抗。
通用电桥内含固定频率 (例如1千赫)信号源和零指示器并可迅速改接成多种常用电路的电桥 (如用惠斯登电桥测电阻,用电阻比率电桥测电阻或电容,用电阻乘积电桥测电感,图2),俗称万用电桥或 RCL电桥。这类电桥常以固定的C0作为电抗标准,靠调节电阻R1和R0达到平衡,然后由R1读出CX或LX。
高频电桥当频率高于数十千赫时,交流电桥便会因桥臂残余参量和杂散电磁耦合而不能正常工作,须选择适当的电桥电路并仔细地加以屏蔽和接地。例如,图3a的变压器比臂电桥和图3b的双T电桥易于屏蔽,这是因为标准臂、未知臂和零指示器甚至信号源均能接地,它能工作到数十以至数百兆赫。双T电桥便于测量导纳,故又称导纳电桥。电桥法的优点是测量精确度较高;缺点是频带有限和操作困难。
谐振法利用回路的谐振现象是测量高频元件参量的主要方法。在图4的串联谐振回路(也可用并联回路)中,当调信号源u 的频率f 或调标准可变电容器C 使回路达到谐振时,有
电流I或电压U达到最大。如果已知f和C值,便可求出L值。在Q表中,通常使f取某些固定值,便可将C的度盘另一刻度直读L。由于标准电感不易得,谐振法测量电容通常采用标准电容替代法, 用Q表测量电阻等损耗参量(见品质因数测量)。
电压-电流法按照阻抗定义直接求取电压对电流之复数比,以求得阻抗值,又称复数伏安比法。通常用一个恒流源来提供固定的电流值。用电压表分别测出被测件和同类标准器上的端电压,即可求得被测的电阻、电容或电感值。如果仅用标准电阻器作为标准,则可求得被测件阻抗的绝对值|Z|(模值)。电压表上可直接以R、L、C 或│Z│来标定,这样就构成了直读式RLC表或阻抗表。如果把被测件和标准电阻上的端电压加到幅-相检测器(矢量电压表)的两个输入端,则可测得被测阻抗的模值和相角,这称为矢量阻抗表;或者得到被测阻抗的实数部分(电阻)和虚数部分(电抗),这就成为复数阻抗表。这类阻抗表是直读式仪器,使用十分方便,工作频率可达几十至几百兆赫。
参考书目
B.M.奥利弗、J.M.卡奇编,张伦等译:《电子测量和仪器》,科学出版社,北京,1978。(B.M.Oliver and J.M.Cage,Electronic Measurements and Instrumentation,McGraw-Hill,New York,1971.)
1、接地阻抗测试(Ground Bond Test)是一种用来精确测量大型接地性参数的测试形式。其通常能显示连结线存在的安全接地,但不能证明该安全接地的完整性。2、接地阻抗测试的测试范围为:精确测量大...
DF9001多功能高精度选频万用表可在复杂干扰下同时测量指定频率下的电压、电流大小以及电压电流相位差,可自动计算出接地阻抗及电阻分量,电抗分量。 DF9001多功能高精度选频万用表操作界面设计简洁明了...
用DTX-1800的测试仪器,在基准中选中同轴电缆就进行测试,然后查看一下标准就好了。
特种九芯电缆转移阻抗测量
特种九芯电缆转移阻抗测量在三同轴装置上进行。电缆始端所有芯线相连后与屏蔽层短接,电缆末端屏蔽层接外导体,则与同轴电缆测量方法相同;芯-皮间的感应电压由高阻探头测量,皮电流由罗氏线圈测量。实验采用点频法,信号源为正弦波产生器,同时测量皮电流和芯-皮间感应电压的幅度,即可求出每个频率点的转移阻抗来。
声辐射阻抗传感器元件设计与声阻抗测量实验研究
声辐射抗阻是声优化设计中的关键设计变量,但目前尚未有成熟商用传感器面市,各种测量方法皆处于实验室研究阶段,文中根据前期研究所得的用可测量——声压表达的声辐射阻抗计算公式,选择了实验中用以近似点声源腔的扬声器和测量结构表面及扬声器内声压的声压传感器.设计了声辐射阻抗传感器,选取了信号采集设备并搭建了实验系统,用该套测量系统测量了无限大障板上圆形活塞的声辐射阻抗,对比了无限大障板上圆形活塞自点表面声阻实验值和解析解,结果表明在1~3kHz频段实验值和解析解非常接近,通过进一步改进低频段的性能后,可使用该装置对复杂结构表面辐射声阻进行测量.
DF902K变频抗干扰接地阻抗测量仪主要功能:精确测量接地阻抗、接地电阻,接地电抗,土壤电阻率等参数。输出功率2KW,最大输出电流10A,完全满足常规接地网的测量。运用异频法,采用军用电子对抗数字滤波技术,抗干扰能力极强.
DF910K变频大电流多功能接地阻抗测量系统主要功能:精确测量接地阻抗、接地电阻,接地电抗,导通电阻和土壤电阻率等参数。过压、过电流、短路及过热保护,保护功能全面。输出功率大(2-20KW),电压高(0-1000V),输出电流大(0-50A)。运用异频法,采用军用电子对抗数字滤波技术,抗干扰能力极强.
DF9000大型地网变频大电流接地特性测量系统主要功能:精确测量接地阻抗,接地电阻、接地电抗,场区地表电位梯度,接触电压,接触电位差,跨步电压,跨步电位差,转移电位、导阻电阻,土壤电阻率,地网电流分布情况等参数,可全面测量大型地网的各项特性参数,完全满足新版DL/T475-2006《接地装置特性参数测量导则》的要求。输出功率大(2-20KW),电压高(0-1000V),输出电流大(0-50A)。运用异频法,采用军用电子对抗数字滤波技术,抗干扰能力极强。
产品概述:
DF-910K变频大电流多功能接地阻抗测量系统由:DF910K变频接地阻抗测量仪,隔离变压器,和导通测量仪及其他附件组成。主要功能:精确测量接地阻抗、接地电阻,接地电抗,导通电阻和土壤电阻率。该系统采用当前最先进的数字滤波选频测量技术,具有超强的抗干扰能力,彻底消除了由工频感应、零序电流、谐波和杂散信号的干扰给测量带来的误差;输出纯正弦波大功率信号做为测试电源,输出功率达10KW,双点或多频点采集数据,特别适用于地网接地阻抗的测量。该系统测量数据精确稳定,抗干扰能力强,数据可重复性好,处于国内领先水平。
技术特点:
☆采用军用电子对抗数字滤波技术,抗干扰能力极强。(关键性能)
选频特性尖锐,通频带±0.5Hz。实测200V的干扰在±1Hz下测量引起的误差低于0.1mV,干扰抑制能力达到百万分之一以上,远胜于部分进口仪器百分之几的抗干扰能力,保证了测量精度,测量数据可重复。
☆可多点精确选频测试
由于采用了具有超强抗干扰能力的数字滤波技术,设备可采用与工频很接近的多点频率进行测量,如(47,49,51,53Hz等)。如采用与工频偏差较远的双点变频(如40,60Hz,30Hz,120Hz等),其测试结果与工频测试结果的等效性有待研究。
☆系统输出功率10KW,电压0-1000V,电流0-20A,对于测量各种大小地网可保证现场能产生足够的测试电流。
我们知道,回路电流等于电压除以电阻。为了保证产生足够的电流,设备必须能提供足够高的电压和功率。如设备额定输出为5A,100V,总功率500W,在大多现场测量时是远远达不到5A电流值的,有时甚至只能产生数百毫安电流。对于大型地网强干扰的环境下,这样小的测试电流根本无法保证测量的准确性。本设备输出电压高(1000V),功率大(10KW),可保证现场产生足够的电流,保证测量结果的准确性和可重复性。
☆功能多,可测量接地阻抗,接地电阻,电抗,土壤电阻率。
☆系统自动转换量程。采用高级增益编程放大技术,保证了在高低量程范围的测量精度,无需手动换挡,简单方便。
☆各量程可分别进行校准,保证了精度。
☆高稳定度的变频源,纯正弦波输出,保证了测试结果的等效性,并有过压、过流和过热等保护功能。
☆大屏幕显示测试数据,傻瓜式操作。
☆可保存2000组以上数据,与计算机联机上传数据,方便分析处理
系统参数:
电源电压:AC220V或380V,50Hz
输出功率:标配10KW(5KW~20KW可选)
输出电压:标配0~400~800V(0~1000V可选)
测试输出电流:标配0~25A(0~60A可选)
频率调节范围:45~65Hz多频点可选
抗干扰能力:通频带±0.3Hz,衰减>80dB/Hz;
测量范围:0.001~1000Ω
分辩率:1mΩ
测量精度:1.0级
使用环境温度:-20℃~+50℃
谐波阻抗方法主要是将非线性负荷以谐波电流源来取代计算,且该谐波源一般是负载电压的函数,然后分别测量系统和用户的谐波阻抗,再根据PCC 点的电压、电流测量值来确定谐波源对PCC点的畸变影响,从而确定主要谐波源[18-20]。
1、阻抗测量方法
对负荷的各种情况进行划分,首先在无负荷母线失真下分析谐波阻抗,再分别分析在不考虑负荷失真和考虑任何母线失真的情况下谐波电流注入法的原理。此类方法原理上比较清楚和完善,长期以来受到较多的关注,取得了不少的进展。
2、基于畸变负荷特性的方法
在复杂的多负荷系统中定量分析某单一用户的谐波失真的新方法。与传统的将负荷分为“线性负荷和非线性负荷”不同,把负荷分为畸变负荷与非畸变负荷。非畸变负荷定义为:无论电流在什么情况下,都不会引起电压畸变的负荷,即无论频率怎样变化,PCC 点电压与负荷非畸变电流将呈线性关系。
由此进一步分析、推导可得到各谐波电流量,并最终将检测点的波形分解成两部份:从系统侧流向用户(负载)侧的各次谐波电流或功率;以及从用户侧流向系统侧的各次谐波电流或功率。并且,流向用户侧的非畸变电流包含基波与各次谐波,而流向系统侧的畸变电流只包含谐波电流。
该方法很好的解决了畸变负荷和非畸变负荷的分离问题,且在任何能进行谐波电压和电流同步测量的设备上都能实现,并能将系统侧和用户侧对测量点谐波失真的“贡献”分离开来。但是该算法尚不能合理的区分畸变负荷中的消除谐波畸变和放大谐波畸变两种情况。
3、负荷参数法
负荷参数法(load parametermethod,LPM),各负荷在电网谐波影响下的特性,并定量分析了单一非线性负荷在多谐波源系统中对检测点谐波的影响。以此来进行谐波源识别,并分析系统侧和负荷(用户)侧谐波的相互关系。如果负荷参数呈现线性,则该负荷电压和电流恒成固定比例,为线性负荷;反之则说明该负荷侧存在谐波源。并且,R或L变动越大,则相关负荷的非线性特性越强,产生的谐波越多。该方法考虑到负荷参数的变动所造成的影响,在时间间隔足够小的前提下,通过对一系列连续的测量数据来计算,而在测量的间隔认为负荷(R 或L)不变。该方法还提出了非线性因子的概念来评定各个非线性负荷的失真水平,并作为相关抑制策略的制定依据。
依靠对R或L 非线性程度的定量分析,该方法能较好地分析和预估配电系统在谐波影响下的行为特性,一定程度上可以作为用户负荷畸变程度的判定标准。但该判定方式的合理性以及其结果非线性程度判定的方法仍有待研究与验证,在实际应用还需要进一步的探讨。
4、临界阻抗法
基于谐波有功功率的方法在原理上存在缺陷,基于无功功率的方法则受谐波阻抗影响较大,且准确度不够高;而基于谐波阻抗的方法则存在测量困难等缺点。临界阻抗法(critical impedance method,CIM)则从无功功率的流向来进行判断,从而进行谐波定位,其原理比基于有功功率流向的方法更可靠,并且解决了在PCC点进行谐波检测时,能判断出是系统还是用户侧谐波占优的问题。该方法的原理是通过比较图2的戴维南等效回路中两个谐波电压源的大小,取较大的一个作为主谐波源:先分析系统等值电压源Eu∠0°产生的谐波无功功率,计算完全吸收这些无功功率所需要的阻抗值z,然后与两侧谐波阻抗和Z=zc zu比较,如果z>Z/2 则系统侧电压源幅值比较大,反之用户侧电压源幅值较大。
理论上,该方法既解决了谐波有功功率方法的原理性缺陷,一定程度上解决了无功功率方向法的不足,但是该方法也有其自身的缺点:在实际使用中,该方法还需预知大概的阻抗信息来起动算法,且认为系统中各处的谐波阻抗特性是一样的。
这样在实际应用中会带来较大的误差;当系统的等值阻抗已知时,采用本方法可以得出正确的结论,当系统含有两条支路且一侧未知时,CIM可通过给出的阻抗范围来检测主谐波源;当参数CI 超出设定范围时,该方法也不能得到确定的结论;该方法的设计过程忽略了电阻的影响,实际应用中也会受到一定的影响。
5、其它方法
Dan等学者将表征非线性负荷的特性的电流源进一步假定为不受负荷电压约束的量,即根据负荷在外加扰动的情况下,谐波电流和谐波电压幅值之间的相互关系来判断负荷中是否含有谐波源[22]。该方法是一种定性的方法,可以识别负荷中的谐波源,但不能将负荷中线性与非线性部分各自的谐波电流进行有效的区分。基于阻抗测量原理的方法原理清楚,过程明晰,得到了较好的发展,但实际操作中存在测量困难、仍难以处理多谐波源问题等缺陷。