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模拟、数字及混合采样功率测量的理论与误差研究

王学伟  
【摘要】: 功率电能测量技术是电气测量技术及仪器仪表研究领域的一个重要的研究方向。采样测量技术是功率电能测量技术的关键技术之一。本学位论文在黑龙江省自然科学基金资助项目“时分割交流功率测量原理误差产生机理的理论研究” (编号:E9719),“模拟数字混合采样功率与电能测量的理论研究”(编号:E01-15)和教育部高等学校骨干教师资助计划项目 “中频电功率测量智能仪器的研制” (编号: 1087)的资助下,以电功率模拟采样测量、数字采样测量和混合采样测量方法为对象,对电功率测量的原理误差和仪器误差进行了系统和深入的理论研究和有关的实验研究。 系统地研究了三角波调制时分割乘法器的数学模型及误差。建立了三角波调制时分割乘法器的物理模型、调宽输出信号的数学模型和误差的仿真模型,定性、定量地分析了多种外部参数和多种内部参数对交流功率测量原理误差和仪器误差的影响,并给出了相应的误差曲线。 深入地研究了电流平衡式无源及有源积分时分割乘法器的数学模型及误差。建立了该两种乘法器的物理模型、数学模型和误差仿真模型,全面地分析了各种参量对其交流功率测量的原理误差和仪器误差的影响,并给出了定量的结果。 全面地研究了数字采样计算式功率测量方法的误差模型和仪器误差。推导了A/D量化误差、非线性及微分非线性误差的数学模型。然后,建立了采样功率测量同步采样算法、非同步采样算法和准同步采样算法在非理想情况下的计算机仿真模型。最后,仿真给出了A/D参数影响采样功率测量误差的曲线。 提出了模拟数字混合采样功率测量的两种算法。建立了混合同步采样、非同步采样中两种算法的数学模型,推导了功率测量误差的一般表达式。采用计算机仿真分析的方法,全面分析了A/D转换器的量化误差、非线性及微分非线性误差对两种采样方法仪器误差的影响。 设计了混合采样交流功率测量转换器。进行了误差和多种影响的实验测试,结果表明混合采样功率测量的理论正确、谐波影响小、功率测量准确度高,其功率测量准确度比数字采样功率测量方法高2个准确度等级以上。


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