功率分析仪定义

    功率分析仪是一种多功用仪器，除了可以对电压、电流和功率停止准确丈量以外，还集成了波形显现、谐波剖析、闪变剖析、积分等多种功用。

    功率分析仪的根本功用是一台多通道的高精度功率丈量仪器，能够准确丈量多相高电压和大电流，计算有功功率P、无功功率Q、视在功率S、功率因数、相位、能量累计等参数，通常用来测试变频器、逆变器、电机和变压器等功率转换安装的效率和功耗。

    随着节能和新能源范畴的迅猛开展，功率分析仪被普遍应用于电动汽车、电气化高速铁路、太阳能光伏逆变发电、风力发电、电机、变压器、燃料电池、电子镇流器、节能灯、、开关电源供、不时电系统(UPS)、电开工具、信息及办公设备(打印机、扫描仪)、家电等功率设备的开发和性能评价。也适用于对电网运转质量停止监测及剖析，提供电力运转中的谐波剖析及功率质量剖析。

    功率分析仪的组成

    由功率分析仪的功用肯定，一方面功率剖析仪需求完成对外部输入信号的丈量，包括被测安装的电压、电流信号，扭矩/转速传感器的信号；另一方面，对丈量得到的数据停止运算，得到电压、电流、功率、效率等参数，并可以对输入的信号停止处置剖析，例如停止谐波剖析、FFT剖析、查看波形等，并能够与外部的设备停止数据交互。

    由功率分析仪的功用需求能够肯定，功率剖析仪的系统构造，主要由采集板卡和主板组成，采集板卡完成单相输入的采集，包括一个电压通道和一个电流通道，主板主要完成显现和通讯功用。

    功率分析仪的完成

    功率分析仪的中心功用是可以精确的对输入信号停止采集，且各个通道间必需保证绝对的同步，因而功率剖析仪的完成重点是在于如何保证采集局部的同步性和采样的高精度、稳定性。

    功率分析仪的目的精度高达0.02%，高精度丈量很难处置的两个问题是温漂和噪声。整个模仿前端的框图，其中每个环节的温漂和噪声都会影响到很后的丈量精度。

    假如要保证丈量精度，这必需保证每个环节的温漂和噪声很低，或者能完成各环节间的补偿处置。

    关于温漂问题，首先温漂是必然存在的，一切的模仿器件都存在温度系数，随着温漂变化其参数会发作变化，同时由于我们无法保证仪器工作在恒温环境，一切必需思索处置温漂问题。处理温漂问题首先是元器件选型方面必需需求思索选型一些温漂小的器件，电路设计上思索停止温漂补偿，添加补偿电路将温漂降低，防止相关放大电路呈现饱和问题，然后设计自校准电路，丈量时实时校准各环节的温漂，将偏置的温漂影响降到很低，然后是元器件匹配和规划问题，处置增益补偿电路，将增益误差影响降到很低，同时将ADC的转换参考电压和模仿前端调理参考电压运用同一组电压，处理参考电压温漂产生的影响，另外采用16位分辨率的ADC停止高速采集。

    关于噪声问题，要思索电路内部的噪声和外部的噪声，内部噪声的处置需求思索原理设计方面的问题，外部噪声问题需求思索电路板规划和屏蔽问题。电路设计上面，需求思索处置电阻热噪声、运放噪声问题，电路规划方面需求思索将容易遭到干扰的环节停止特殊处置。然后设计合理的滤波器，将一些噪声滤除。另外必需思索屏蔽壳的设计，将外部的噪声干扰降低。

    功率分析仪和示波器、万用表的较大区别就是能同时剖析电压和电流信号，从而完成对功率信号的剖析，假如要完成对功率的精确剖析，则必需精确丈量电压和电流信号，并且需求同时完成对电压和电流信号的采样，电压和电流信号经过ADC数字化过程中每一个采样点都必需发作在同一时辰，否则就无法完成同步丈量。为了完成严厉的同步丈量，在功率剖析仪内部，采用了业界高达的同步时钟，高稳定性温度补偿的100MHz同步时钟，防止温度变化带了的时钟漂移所引入的误差，严厉保证ADC对各通道电压和电流的同步丈量，从而保证了功率丈量的精度。

    为不同步惹起的相位角误差，所以能够看到功率丈量的精度会遭到相位角的直接影响。

    当电压和电流的相位角较小时，即功率因数较大时，0.00018°的相位误差对丈量精度影响很小，但是在极低功率因数状况下0.00018°的相位误差带来的功率误差是就比拟明显，假如同步时钟频率降低，则丈量误差就会成倍增大，这也是目前业界功率丈量设备无法完成在极低功率因数状况下准确丈量的主要缘由。

    经过上表我们能够看到，运用的100MHz同步时钟，有效保证了极低功率因数下的丈量精度，功率因数低于0.01时仍然能够保证优于0.6%的功率丈量精度。

    功率分析仪需求与普通电力丈量的仪器的较大区别是需求同时丈量多路的电压和电流信号，并且各丈量通路之间必需停止隔离浮地，隔离耐压到达几千伏以上。采集板隔离耐压到达5kV，由于采用了严厉的隔离，所以能够很好的满足各种接线应用，保证接线和用户的平安。

    模仿前端浮地能够起到很好的隔离和平安效果，但是由于浮地的存在，招致模仿前端的屏蔽壳地和机壳大地之间存在共模电压Vc。被测电压Vd，屏蔽壳和模仿前端地衔接在一同，由于被测信号Vd是浮地，所以Vd和大地之间存在Vc这个共模电压，由于模仿前端浮地，所以共模电压Vc加在屏蔽壳和机壳之间的这个杂散电容Cs上，因而该Cs的值直接影响到共模电流Ic的大小，Ic流经被测信号的负端，该共模电流加在负端的输入阻抗上就将共模电流转换成差模电流，从而招致对被测信号的干扰，招致丈量不精确，所以实践应用中应该尽量降低共模电压Vc的值，仪器设计上要尽量降低Cs这个杂散电容的值。

    功率分析仪的杂散电容Cs小于60pF，所以对50Hz信号的共模阻抗为53MΩ，假定负端的电阻为1Ω，所以能够得到其理论误差为0.018ppm，理论共模抑止高达159dB，实践丈量功率剖析仪的共模抑止大于120dB，120dB的意义就是当存在1000V的共模干扰时，我们丈量结果仅仅有1mV的误差，即共模干扰小于1ppm。

    传统的功率分析仪产品由于设计的年代比拟早，处置才能弱，没有方法统筹运算性能和快速存储的性能。

    在功率分析仪产品的设计中我们采用了创新性的PCIe架构，极大的进步了功率剖析仪的内部数据交互的速度，处理了大批量数据存储和处置的瓶颈。下表在仪器内部常用的总线类型，从表中的数据能够晓得，PCIe总线的带宽和处置才能是远远高于传统其它类型的总线接口，传输速度高达2.5Gb/s。

    经过采用PCIe架构，这次设计的功率剖析仪是业界独一一款支持10ms更新率的功率剖析仪器。10ms更新率是功率分析仪历史上一个反动性的打破，同时满足了功率丈量和数据记载的需求。由于在传统的测试中，假如你想看到更快的丈量结果，如想看看全波剖析或者半波剖析，那你只能再破费大量的金钱和时间去购置和学习另外一款仪器-记载仪，但是很终你会发现你的问题还是没有很好的处理，你基本无法实时查看丈量结果，只能走入一个记载-软件剖析-调试-记载-软件剖析的恶性调试形式，糜费大量的时间和金钱，剖析过程异常痛苦。支持10ms更新率功率剖析仪的降生将用户完整从这种调试的怪圈中解放出来，实时的更新和处置才能，使调试时每次修正都立竿见影，让你很快查看到结果。