[发明专利]一种宽频电功率测量方法及测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种宽频率范围的电功率测量方法及测量装置。

背景技术

电功率瞬时值的定义为：p＝ui，对这一公式进行推导，可得到其它电功率的表达式，如交流电一个周期内的平均功率表达式：当此交流电为正弦交流电时有：根据这些公式，可采用不同的测量方法对电功率进行测量，综合起来可分为以下几种：(1)模拟乘法器法；(2)时分割乘法器法；(3)霍尔乘法器法；(4)四分之一和差平方法；(5)功率比较仪法；(6)平方率乘法器法；(7)乘法器配合频谱分析法；(8)随机取样法；(9)热电偶乘法器法等。这些测量方法广泛地使用在各种工业计量场合，但这些测量方法大部分只适用于45Hz～1KHz范围；中华人民共和国国家知识产权局网站于2006年8月9日公开了“一种电功率测量方法及测量装置”(申请号：200610011474.1)的专利申请，它采用的将视在功率S与电压相量U和电流相量I的关系分解为：S＝U·I＝(U/I)·I·I＝|Z|e^jφ·|I |²＝|Z|(cosφ+sinφ)|I|²或S＝U·I＝(I/U)·U·U＝|Z|e^jφ·|U|²＝|Y|(cosφ-sinφ)|U|²，然后测量电压的有效值U或电流的有效值I，并计算其平方，即U²或I²；采用正交分解比例法，测量电流相量与电压相量的复相量比值|Y|(cosφ-sinφ)，或测量电压相量与电流相量的复相量比值|Z|(cosφ+sinφ)；最后，计算有效值平方与复相量比值的乘积，得到有功功率P＝U²|Y|cosφ或P＝I²|Z|cosφ、无功功率Q＝U²|Y|sinφ或Q＝I²|Z|cosφ。此种测量方法可以测量很高的频率，但其结构复杂，对硬件要求高，适用于实验室，却不便于在嵌入式系统中使用。

发明内容

为了解决现有测量方法复杂，对硬件要求高，不便于在嵌入式系统中使用，本发明提出一种宽频电功率测量方法及测量装置。

本发明的技术方案为：一种宽频电功率测量方法，其测量原理如下：

(1)设被测负载两端电压及流过负载的电流分别为u₁和i₁：

i₁＝I_mcosωt

瞬时功率：

(2)对u₁和i₁分别移相π/2，得到u₂和i₂，则：

i2=Imcos(ωt+π2)=-Imsinωt]]>

瞬时功率：

(3)对瞬时功率p₁、p₂进行如下运算，得到有功功率P：

(4)为实现(2)所述的将u₁和i₁分别移相π/2，可采用比u₁和i₁采样时间延时1/4周期采样得到的u₂和i₂的方法实现π/2移相，对信号进行π/2移相，实际上相当于对信号进行1/4周期的延时，若设被测信号的周期为T，则其数学表达式如下：

根据以上原理，可采用以单片机为核心的测量装置按下述步骤来实现功率测量：

(1)测量流过负载的正弦交流电的周期T，并计算出T/4时间。

(2)相隔T/4时间间隔对负载两端正弦交流电压和流过负载的电流进行采样，