如何选择合适的功率分析仪？

时间:2020-09-25 点击：次分类:行业应用解决方案

如何选择合适的功率分析仪

功率分析仪是电力电子和机电行业必不可少的测试设备，功率分析功能丰富，又有极高的测试技术指标，涉及应用领域有非常广泛。而市面上形形色色的功率分析品牌又有很多，有进口品牌的，有国产品牌的，如果仅从厂家所提供的技术资料来看，好像技术指标都是一样的。今天，我们将就功率分析仪一些核心技术指标等方面，进行详细说明，帮你辨别在“同样的”技术指标下，某些厂家还隐藏着哪些“大坑”。本文将给专业的工程师和科研人员提供很专业的功率分析仪选型指南。

功率分析仪来测量哪些参数

功率分析仪有非常多的测试功能，我们首先需要搞清楚，我们将用功率分析仪来测量哪些参数？
01 电功率：电压，电流，频率，有功，无功，功率因数，能量累计
02 谐波含量：电压谐波，电流谐波，上千次以1Hz或5Hz为分频的间谐波
03 机械功率：模拟量或者数字量的扭矩，转速信号，机械功率
04 效率转换：电转换机械能的效率，DC变AC的效率，变频，逆变的效率
05 谐波闪变：CE谐波闪变的测量，符合EMC标准的测试系统
06 瞬变捕捉：捕捉us级别的动态事件，比如瞬间的电压电流波动

功率分析仪应用领域

第二步，功率分析仪应用领域非常广泛，根据不同的应用领域，会有对应的功率分析仪配置要求。
电驱动：电动汽车，高铁等牵引系统效率测试
光伏逆变：分布式，集中式光伏逆变器效率测试
无线充电：无线充电站，家用无线充电箱，高校科研
变频器：电力行业变频器效率测试，大电压大电流
LED灯：整流器，高频无极灯，节能灯效率测试
家用电器：冰箱，洗衣机，空调待机能耗测试及功耗测试

功率分析仪的关键指标

功率分析仪的技术指标非常多，而衡量功率分析仪的关键指标又是哪些呢？

01 基本精度

常用的电测量仪表的精度都是按照“读数精度+量程精度”来标定的。市面上常见的功率分析仪，同等级别的功率分析仪，标定的精度都是0.01%读数+0.02%量程，或者0.03%读数+0.03%量程，让很多工程师误以为不管选用哪家的产品都能获得同样的测试精度。其实不然，很多工程师都忽略了——量程档位很重要！虽然各个厂家都标定了同样的量程精度，但不是每个厂家都有合适的量程档位。
我们来看德国高美测仪LMG600系列的功率分析仪（包含LMG671，LMG641和LMG610），它具备10档电压测试档位：3V / 6V / 12.5V / 25V / 60V / 130V 250V/ 400V / 600V 1000V；14档电流测试档位：5mA / 10mA / 20mA / 40mA / 80mA / 150mA / 300mA / 600mA / 1.2A / 2.5A / 5A / 10A / 20A / 32A。而市面上常见的日本品牌、美国品牌，或者国产品牌的功率分析仪，都没有这么多的量程档位。这意味着什么呢？当你测试常用的市电220V或者380V电压时，使用德国高美测仪的功率分析仪，你可以选用非常合适的250V或者400V的量程档位，从而获得更高的测试精度。而如果选用其他品牌功率分析仪，你不得不选用300V或者600V，甚至1000V的量程档位来测试，这样的量程误差将非常大。

02 保证精度的附加条件

除了上述的功率分析仪量程档位会影响精度之外，还要留意很多厂家的“附加条件”。表面上看起来，标注的精度都是一样的：0.01%读数+0.02%量程，或者0.03%读数+0.03%量程。但实际上，你仔细观察很多厂家提供的“附加条件”，你就会发现诸如“标注精度是在功率因数为1的条件下；而绝大多数的功率因数不为1的情况下，还需要在额外累加误差值”，“0.1Hz到10Hz之间的所有精度为参考值；或者其他某些频率范围内的精度也为参考值”，或者还有“不同的数据刷新率下，需要附加额外的读数误差”等会影响测量误差的诸多条件。所以在不同的测试应用下，测试精度将无法满足所标定的0.01%读数+0.02%量程，或者0.03%读数+0.03%量程。而如果是用于风电行业的测试应用，由于工作频率低于10Hz，用这些品牌的功率分析仪将无法测得准确的参数。而如果是用于变压器、电抗器等功率因数很低的测试应用，功率因数可能低至0.001，适用这些品牌的功率分析仪，同样无法获得准确的测试结果。
我们再来看德国高美测仪LMG600系列的功率分析仪（包含LMG671，LMG641和LMG610），标定的精度条件在功率因数0~1之间均能满足，无需额外累加误差；在所有频率范围内，均能满足所标定的精度要求。数据刷新率在可任意设定的10ms~60s范围内，均能保证标定的精度要求，没有额外的累加误差。

03 校准周期

对于精密的测试仪器仪表，都需要定期计量校准。对于很多日本品牌或者国产品牌，它们所标定的精度的保障范围是6个月，超过6个月便有额外增加50%的读数误差。而德国高美测仪LMG600系列的功率分析仪（包含LMG671，LMG641和LMG610），在标定的同样的精度的保证周期是12个月。获得同样的测量精度，德国厂家的精度保证周期将更长。

04 带宽和采样率

很多功率分析仪的厂家会强调高带宽和采样率等技术指标。其实只要稍微了解波形采样和显示常见的两种采样方法——实时采样和等效采样，你就会发现，对于很多功率分析，实际上用不到那么采样率，没有必要因为选择了太高的采样率等技术指标而提高的设备的采购成本。测量信号瞬态一般都是使用示波器，在波形重构方面更倾向于描绘更“密”的点，显示更强的瞬态能力；和示波器相反，作为稳态测量的功率分析仪没有死区, 主要侧重有效值测量，波形抽取重点是描绘出信号的特征和幅值情况，这样的方法比较适合稳态的应用。而德国高美测仪的LMG600系列功率分析仪，有不同的模块可以选，具备151.51kSa/s或者1.2MSa/s的采样率和10kHz，500kHz或者10MHz决定可测信号的频率范围，适用于工频、通用和高端测试应用场合。

05 传感器

功率分析仪有各种各样的测试应用场景，不同的应用场景，需要配套不同的电流传感器，例如0.01%高精度的电流传感器，开口电流钳，柔性电流传感器等等。德国高美测仪依托遍及德国、英国、瑞士和美国的生产基地，可生产或者销售各种电流传感器。另外还有市面上较为先进的高精度高带宽的高压测试传感器——HST系列高压分压器，电压等级为3kV、6kV、9kV和12kV，较好的测试精度可达0.05%，较大测试带宽可达300kHz。

06 安全等级

针对新能源车测试，光伏电站逆变器测试的的高压大电流环境，仪器的安全等级至少要 CAT III以上才能确保操作者的安全！而目前市面上，只有德国高美测仪的功率分析仪LMG600系列才能满足这么高的测试安全等级：1000V / CAT III，600V / CAT IV。
德国GMC-I提供图片图片来源于德国GMC-I集团