如何正確選擇功率分析儀電壓電流的測(cè)量模式

一測(cè)量模式概述

功率分析儀在測(cè)量電信號(hào)的場(chǎng)合使用非常普遍，隨著電力行業(yè)的發(fā)展，我們面對(duì)的測(cè)試對(duì)象變得越來(lái)越復(fù)雜，同時(shí)功率分析儀的功能也愈來(lái)愈強(qiáng)大，功率分析儀本身配備的測(cè)量模式也越來(lái)越多。原先萬(wàn)用表的單一測(cè)量模式，變?yōu)楝F(xiàn)在功率分析儀的多測(cè)量模式，那么，每種測(cè)量模式的計(jì)算方法是怎樣的？什么樣的測(cè)量模式適合什么樣的測(cè)試場(chǎng)合？下文進(jìn)行詳細(xì)的解析。

二有效值定義

在交流電功率的測(cè)量中，一般并不需要知道瞬時(shí)值，而是采用有效值來(lái)表征交流電的大小。

有效值是這樣定義的：在相同的電阻上分別通以直流電流和交流電流，經(jīng)過(guò)一個(gè)交流周期的時(shí)間，如果它們?cè)陔娮枭纤牡碾娔芟嗟鹊脑?，則把該直流電流的大小作為交流電流的有效值。

三傳統(tǒng)儀表有效值計(jì)算方法

在傳統(tǒng)的萬(wàn)用表上，通常采用以下幾種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)有效值的計(jì)算：

01峰值檢波法

測(cè)試方法：用峰值檢測(cè)電路測(cè)量信號(hào)峰值，再除以正弦信號(hào)波峰因數(shù)(1.414)，得到信號(hào)有效值。

02整流平均法

測(cè)試方法：對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行全波整流，然后用積分電路求得信號(hào)的平均值，再乘以波形因數(shù)(1.1107)，得到信號(hào)有效值。

03真有效值法

測(cè)試方法：采用真有效值測(cè)量電路或芯片直接測(cè)量信號(hào)的真有效值。

四功率分析儀測(cè)量模式選擇

目前，市面上的功率分析儀品牌眾多，側(cè)重點(diǎn)也不一樣，以湖南銀河電氣有限公司研制的WP4000變頻功率分析儀為例，該功率分析儀測(cè)量方式與傳統(tǒng)萬(wàn)用表采用的模擬電路方式不同，采用高精度ADC采樣技術(shù)和FPGA運(yùn)算處理，獨(dú)創(chuàng)先進(jìn)的自動(dòng)無(wú)縫量程轉(zhuǎn)換技術(shù)和前端數(shù)字化技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)更高精度和帶寬。

WP4000變頻功率分析儀的電壓電流通道各具備：H01(基波有效值)、RMS(真有效值)、MEAN(校準(zhǔn)平均值)三種測(cè)量模式可供用戶選擇。

H01基波有效值：采用DFT離散傅里葉算法對(duì)采樣信號(hào)點(diǎn)進(jìn)行分析，利用傅里葉級(jí)數(shù)將信號(hào)展開(kāi)成直流分量與多個(gè)不同頻率的諧波信號(hào)的線性疊加，

，提取一次諧波分量的幅值，并乘以波峰因數(shù)，進(jìn)而得到一次諧波的有效值，稱之為基波有效值，《IEC60349-2:2002電力牽引軌道機(jī)車車輛和公路車輛用旋轉(zhuǎn)電機(jī)-第2部分：電子變流器供電的交流電動(dòng)機(jī)》中已明確指出：電壓測(cè)量采用基波有效值。

適用場(chǎng)合：適用于頻率穩(wěn)定，諧波含量大的場(chǎng)合。

RMS真有效值：

(x：電壓電流采樣點(diǎn))

適用場(chǎng)合：適用于頻率變化大，諧波含量小的場(chǎng)合。

MEAN校準(zhǔn)平均值：將信號(hào)的1個(gè)或N個(gè)周期進(jìn)行整流，即采樣數(shù)據(jù)絕對(duì)值的積分平均值，再乘以波形因數(shù)就得到校準(zhǔn)平均值

。校準(zhǔn)平均值等于正弦波的真有效值，等于正弦脈寬調(diào)制SPWM波形的基波有效值，但在SPWM的開(kāi)關(guān)頻率較低或者非SPWM調(diào)制模式時(shí)，測(cè)量誤差較大。

適用場(chǎng)合：適用于正弦波信號(hào)，SPWM調(diào)制(載波比大)模式下。

五結(jié)語(yǔ)

簡(jiǎn)而言之，WP4000變頻功率分析儀的基波有效值模式常用于變頻器PWM信號(hào)分析，真有效值模式主要用于正弦波信號(hào)分析，校準(zhǔn)平均值模式主要用于正弦信號(hào)和簡(jiǎn)單的SPWM信號(hào)分析。

對(duì)于不同的測(cè)量對(duì)象與場(chǎng)合，該選擇哪種測(cè)量模式，使用者不僅需要知其然，還得知其所以然，否則由于測(cè)量模式選擇不當(dāng)，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生誤差，再先進(jìn)的測(cè)試儀器也無(wú)法發(fā)揮它應(yīng)有的功能。

審核編輯 黃宇