400Hz中频电源是航空地面保障和机载供电系统中的核心设备。飞机上的电机负载使用400Hz交流电，体积小、转速高，但负载功率的核算方法与普通50Hz工频电路不完全相同。机载电机有功无功功率核算需要根据电压、电流、功率因数和频率特性来做，不能只用量测的电压乘电流直接当成有功功率。

一、400Hz机载电机负载的类型

机载电机负载包含三相异步电动机、同步电动机、交流伺服电机、电动泵和风扇。这些负载当中，异步电机数量多，^[1]功率因数随负载率变化大。400Hz电源比50Hz电源的周期短很多，线路感抗和变压器激磁电流所占的比重也发生改变。核算负载功率之前，要明确电机铭牌上的额定频率、额定电压、额定电流、额定功率因数和绝缘等级。

二、有功功率、无功功率和视在功率的关系

有功功率用P表示，单位是kW，代表真正做功的部分。无功功率用Q表示，单位是kvar，用于建立交变磁场和电场。视在功率用S表示，单位是kVA，代表电源需要输出的总容量。三者关系写成S² = P² + Q²。在航空电源中，中频电源的容量一般按视在功率选型，而电机发热和机械输出则按有功功率核算。

单相电路的有功功率计算公式是P = U相I相cosφ，无功功率计算公式是Q = U相I相sinφ。三相电路平衡时，有功功率P = √3 U线I线cosφ，无功功率Q = √3 U线I线sinφ。如果三相电压不平衡，必须分成三个单相分别计算。中频电源带不平衡负载时，最大相电流决定实际带载能力，所以只算三相平均值不够。

三、400Hz负载功率测量对仪表的要求

400Hz信号的频率比50Hz高八倍。普通万用表对频率带宽有限，测到的电压和电流存在衰减。机载电机负载功率核算要使用真有效值仪表或者功率分析仪。真有效值仪表采样频率要覆盖400Hz以及其谐波。飞机交流电源中有大量非线性负载，电流波形不是标准正弦波，平均值响应仪表会低估电流，造成有功功率计算结果偏小。

功率分析仪的电压通道和电流通道要接入同一组输入信号。三相三线制接线中使用两瓦特表法，三相四线制接线中使用三瓦特表法。记录数据时需要同时记录频率、电压谐波畸变率和电流谐波畸变率。这些参数无功功率的归算方法。

四、有功功率核算中的数据处理

现场测量三相电压电流后，先计算各相功率因数。功率因数表读数就是cosφ，对应的sinφ可以通过三角函数表或者计算器求取。若负载功率因数超过0.9，无功功率数值小，电流中仍有部分分量不做功，不能把视在功率当作有功功率。

电机带载运行时，输入有功功率等于输出机械功率加上定子铜损耗、转子铜损耗、铁损耗和杂散损耗。400Hz下铁损耗占的比例比50Hz高。用电流电压法测算有功功率时，读取的功率值已包含所有损耗，不需要再做叠加。若电机由变频器供电，电压和电流含有谐波，有功功率等于基波有功与各次谐波有功的代数和。

五、无功功率核算中的频响

无功功率与电压、电流以及二者相位差的正弦值有关。400Hz频率下，电缆分布电容和电机绕组对地电容产生的充电电流比50Hz大。这部分电流会使电源输出电流增加但不产生机械转矩。电容电流被算入视在功率和总电流，导致功率因数表读数偏低。严格计算无功功率时，应将补偿电容电流和负载基波无功分开记录。

对于带整流器的机载电机负载，电流畸变造成波形中大部分是无功谐波。谐波电流乘以对应频率的电压，得到谐波无功。工程中如果功率分析仪能够直接显示基波功率因数，则优先读取基波有功和基波无功。仪器只显示总功率因数时，很难把位移无功和畸变无功分开，此时按S² = P² + Q²由总视在功率和总有功推算Q。

六、机载电机负载功率核算示例表格

下表给出一个400Hz三相异步电动机的采样数据和核算结果。该电机由中频电源供电，额定电压为115V相电压、200V线电压，满载电流按功率分析仪测量。

这个表格中的数据是在电机稳定运行状态下记录的。若电机处于起动过程，起动电流达到额定电流的五至七倍，有功功率和无功功率变化剧烈，需要另外记录起动峰值。

七、400Hz频率下负载功率核算中的实际问题

一，导线分布电容在400Hz下的容抗只有50Hz的八分之一，线路对地泄漏电流增大。测量地点离电源越远，这个越明显。第二，接触器和继电器线圈在400Hz下阻抗变化，线圈电流波形发生畸变，控制系统供电质量。第三，电机较长线路上的电压降按照400Hz频率计算，线缆感抗在总阻抗中占的比重大，有功和无功比例会随电缆长度变化。

核算机载电机负载功率时，要记录环境温度。电机绕组温度升高，铜电阻变大，同功率下的电流会略有增加。机载设备中有些电机是短时工作制，负载率不是持续100%，此时平均功率与峰值功率不能混为一谈。峰值功率用于选择电源容量，平均功率用于计算发热和燃油消耗。

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山东运电气有限公司生产的400Hz中频电源适用于航空电机负载供电和地面测试，产品带有电压电流输出端子，可接入功率分析仪进行有功无功核算。该公司的电源设备在负载突加时动态响应快，适合电动泵和舵机等冲击性负载。具体产品型号和价格需要查看网页上的联系电话，拨打后根据实际负载功率核算结果沟通，厂家给出项目实际报价。每一套机载电机负载的工作状态不一样的，中频电源报价不能按统一市场价标注。