為證實上一章研製完成的電力品質分析器的性能，將實驗室暨有的電力品質 量測儀器，與分析器同時量測特定的負載。並將量測結果作一比較。
此現有儀器為英國 Voltech 公司出產之實用單相電力分析儀。此儀器為多功 能精密電力諧波分析儀，符合 IEC1000-2 及 1000-3 (IEC555)，該儀器具有下列規 格：
(1)測量項目：V，A，W，VA，VAr，PF，APK，VPK，ACF，Frequency，Inrush current，
Harmonic Analysis，THD。
(2)頻寬：DC to 250kHz。
(3)諧波測量：至第 50 諧波，有波型顯示 ，具有諧波 Bar chart 顯示。
(5)精確度：±0.2% 。 (6)顯示：中文或英文。
(7)應用範圍：電子安定器，SMPS，U.P.S.及一般電子分析。
本文所發展之分析器外觀如圖 5.1。圖中右邊上方為 LCD 顯示器，右邊下 方為功能鍵與電流範圍選擇鈕，左邊之電源插座用來接負載。負載包含兩種不同 設備，負載一為包含諧波的負載，負載二則為不包含諧波的負載：
(1)示波器。
(2)250W 電阻性負載。
圖 5.1 電力品質分析器外觀
為確認本分析器的特性，定義其量測結果誤差百分比如下：
=本分析器量測值-單相電力分析儀量測值×100%
誤差百分比
單相電力分析儀量測值
表 5.1 為單相電力分析儀與本分析器，針對負載 1 所測得的結果比較，表中 亦將量測期間所測得之? V 記錄下來。表 5.2 為針對負載 2 所測得的結果比較。10 所量測到之電壓波形，如圖 5.2 所示；可由借此波形圖的畸變程度，幫助使用者 在未觀看THD 之前，就能先了解電壓諧波失真的嚴重程度。所量測到之電流波V 形，如圖 5.3 所示；可由借此波形圖的畸變程度，幫助使用者在未觀看THD 之前，I 就能先了解電流諧波失真的嚴重程度。所量測到之電力參數，如圖 5.4 所示；讓 使用者一目瞭然現下的電力參數情況為何。所量測到之電壓諧波頻譜，如圖 5.5 所示；讓使用者瞭解到是哪幾階的電壓諧波失真較嚴重，其中以基頻的頻譜能量 設為 100%繪出。所量測到之電流諧波頻譜，如圖 5.6 所示；讓使用者瞭解到是哪 幾階的電流諧波失真較嚴重，其中以基頻的頻譜能量設為 100%繪出。所量測到 128 週期之電壓有效值與電壓閃爍? V ，如圖 5.7 所示，讓使用者瞭解到在 128 週中10 電壓變動的情形。其他未貼出的圖有電壓諧波第 30~64 階頻譜、電壓諧波第 0~64 階頻譜數據、電流諧波第 0~64 階頻譜、電流諧波第 0~64 階頻譜數據、電壓閃爍 第 0~64 階頻譜及電壓閃爍第 0~64 階頻譜數據。
由實驗結果可知，本電力品質分析器之誤差值除了虛功率外，其餘之各電力 參數之誤差絕對值在 10%以內；其誤差產生之可能原因，就虛功率言，此誤差之所 以這樣大，問題應是出自於該儀器使用的計算方式，與本分析器不同所致。至於 其他參數之誤差，可能與兩儀器不同步量測有關，亦可能來自於元件本身，如精 密電阻有±1%的誤差。圖 4.2 中的電壓信號擷取與電流信號擷取之電阻數就各有 6 個；而且運算放大器、變壓器及霍爾 IC 本身的誤差，所以誤差就在所難免。還 有就是 ADC 量化的誤差，因 DSP 之 ADC 為 10 位元，其電壓範圍為是 0~3.3V，所以 轉換後的每一數值所代表的數據為3.310 =3.22mV
2 。因此當負載接上後，若電壓為
3.12mV，經 ADC 後之數值為 0，若下一點之電壓為 3.58mV，則經 ADC 後之數值為 1，
雖然此兩數據之間的差僅只 0.46mV，但轉換後的差異就是如此的明顯，這樣的問 題在負載電流大時，也就是說其 ADC 後之數據變化較大時，約 ADC 取樣後的數據 差在 300 以上時，是不會明顯感受到；若其 ADC 取樣後的數據差在 300 以下時，
則其誤差便會變大，此時由電流波形圖及電流總諧波失真因數都會變大，也因此 才須作電流旋鈕，作電流範圍的調整。
時，其所取到之電壓信號的時間點，並不會剛好是上一週取樣的相同時間點，因 此誤差便因此產生；再者如上段所述之量化後的誤差所致。
表 5.1 負載 1 實測結果比較
PM100 本文分析器 誤差(%) 項 目
Voltage Current Voltage Current Voltage Current Amplitude(rms) 111.667 0.312 110.918 0.319 -0.670 2.243
1 100 100 100 100 0 0 3 3.233 18.021 3.485 17.784 7.794 -11.315 5 3.056 16.901 2.905 15.932 -4.941 -5.733 7 0.865 8.972 0.923 8.418 6.705 -6.174 9 0.626 4.483 0.610 4.415 -2.556 -1.517 11 0.108 1.685 0.100 1.720 -7.407 2.035 13 0.647 3.223 0.702 3.097 8.501 -3.909 15 0.272 3.031 0.289 2.848 6.250 -6.037 Harmonic
Order(%)
THD(%) 5.765 33.882 6.086 31.015 5.568 -8.461
PF 0.939 0.950 1.171
S 34.841 35.403 1.613
P 32.650 33.635 3.017
Q 12.610 11.045 -12.410
10(%)
∆V N.A. 0.426 N.A
表 5.2 負載 2 實測結果比較
PM100 本文分析器 誤差(%) 項 目
Voltage Current Voltage Current Voltage Current Amplitude(rms) 108.412 2.850 107.802 3.035 -0.562 6.491
1 100 100 100 100 0 0 3 2.205 2.899 2.282 3.052 3.492 5.277 5 1.931 4.356 2.122 4.425 9.891 1.584 7 0.811 1.074 0.782 1.126 -3.576 4.842 9 0.371 1.854 0.392 2.018 5.660 8.546 11 0.063 1.092 0.058 1.152 -7.936 5.494 13 0.458 0.612 0.492 0.597 7.423 -2.451 15 0.104 0.674 0.098 0.687 -5.769 1.929 Harmonic
Order(%)
THD(%) 3.009 6.335 3.102 6.758 3.090 6.677
PF 0.998 0.929 -0.901
S 307.689 327.174 6.332 P 307.073 323.575 5.374 Q 19.432 48.394 149.042
10(%)
∆V N.A. 0.428 N.A.
圖 5.2 電壓波形
圖 5.3 含諧波之電流波形
圖 5.4 電力參數
圖 5.5 電壓諧波頻譜
圖 5.6 含諧波之電流波形諧波頻譜
圖 5.7 128 週期之電壓有效值與電壓閃爍? V 10