功率表及功率分析仪工作道理及区别
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- 颁布功夫:2013/11/7 17:28:56
- 作者:AnyWay中国
一功率表工作道理
1功率表的电压电流丈量
功率表的电压电流丈量通常选取下述三种方式之一
a、均值检波法
选取均值检波法将互换正弦波电量变换为与其绝对均值成正比的直流电量,,,,,,,丈量电路单一,,,,,,,丈量了局乘以正弦波的波形因数变换为被测电量的有效值。。。。。。。正弦波的波形因数为:√2π/2≈1.1107。。。。。。。
均值检波法利用了正弦波的波形因数,,,,,,,因而,,,,,,,只能丈量正弦波或波形因数与正弦波一样的其它波形。。。。。。。
b、峰值检波法
选取峰值检波法将互换正弦波电量变换为与其峰值成正比的直流电量,,,,,,,丈量电路单一,,,,,,,丈量了局除以正弦波的峰值因数变换为被测电量的有效值。。。。。。。正弦波的峰值因数为:√2≈1.414。。。。。。。
峰值检波法利用了正弦波的峰值因数,,,,,,,因而,,,,,,,只能丈量正弦波或峰值因数与正弦波一样的其它波形。。。。。。。
图1 峰值检波功率表工作道理
由于峰值检波电路输出为相当于信号半波的包络线,,,,,,,也称包络检波电路。。。。。。。
c、真有效值法
选取真有效值转换电路将互换电量转换为与其有效值成正比的直流电量,,,,,,,直流电量可直接反映被测互换电量的有效值,,,,,,,该法合用肆意波形互换电量有效值的丈量,,,,,,,也合用直流电量的丈量。。。。。。。真有效值转换电路有专业的IC,,,,,,,常用IC有AD637、AD536、AD737、AD736、LTC1966、LTC1967、LTC1968等。。。。。。。电能表专用集成电路CS5460丈量的也是电压、电流的真有效值。。。。。。。
2功率表的有功功率工作道理
功率表的
有功功率丈量通常在时域内实现。。。。。。。大体可分为下述两种步骤:
a、相位法
通过相位丈量电路丈量电压、电流的相位差,,,,,,,再凭据正弦电路有功功率推算公式P=UIcosφ推算出有功功率。。。。。。。
由于有功功率推算公式P=UIcosφ是在正弦电路技术上推导出来的,,,,,,,该步骤只合用于正弦电路的有功功率丈量。。。。。。。
另表,,,,,,,由于相位丈量电路通常选取过零检测法,,,,,,,而互换电零点左近不成预防会有肯定的毛刺,,,,,,,因而,,,,,,,相位丈量精度较低。。。。。。。在低功率因数下的功率丈量正确度亦较低。。。。。。。
b、模拟乘法器法
凭据有功功率通用推算公式:
选取模拟乘法器获取电压、电流的乘积,,,,,,,得到瞬时功率,,,,,,,再用固定的功夫对瞬时功率进行积分,,,,,,,即可获得瞬时功率的均匀值,,,,,,,也就是有功功率。。。。。。。该步骤合用肆意波形电量的有功功率丈量。。。。。。。
二功率分析仪工作道理详解
图2 功率分析仪工作道理
目前基波及谐波丈量重要选取离散嘎凤叶变换,,,,,,,离散嘎凤叶变换的前提是得到信号的离散功夫数字信号样本序列(简称数字信号),,,,,,,数字信号通过AD采样实现,,,,,,,AD采样针对的是与原始信号成比例的信号,,,,,,,通常为互换信号,,,,,,,为了与功率表的直流AD采样进行分辨,,,,,,,习惯称这种方式为互换采样方式。。。。。。。互换信号的特点是幅值和方向不休变动,,,,,,,因而,,,,,,,互换采样应该具备足够高的采样率,,,,,,,不然,,,,,,,会错过信号的变动细节。。。。。。。
依照采样定理的要求,,,,,,,只有互换采样的采样频率高于信号带宽上限频率的两倍,,,,,,,就能够通过采样获取的数字信号不失真(不思考采样误差的影响)地还原被测信号。。。。。。。由于采样频率不能无限度的提高,,,,,,,通常为了确保在各类输入信号的情况下都能满足采样定理的要求,,,,,,,在AD采样之前还需加上抗混叠滤波器,,,,,,,抗混叠滤波器的截止频率低于采样频率的1/2,,,,,,,以此保障采样频率满足采样定理的要求。。。。。。。
嘎凤叶变换的根基思想是:满足狄利克雷收敛前提的周期信号(工程上遇到的周期信号均能满足)能够分化为频率为
基波频率(信号频率)整数倍的若干正弦波的线性组合。。。。。。。从而将复杂的信号用分歧幅值、频率和相位的单一的正弦波暗示。。。。。。。
值妥贴心的是,,,,,,,嘎凤叶变换自身并不具备鉴别基波频率的能力,,,,,,,而是将嘎凤叶功夫窗的长度作为基波周期,,,,,,,基波频率蹬宗基波周期的倒数。。。。。。。嘎凤叶功夫窗的长度是报答给出的,,,,,,,例如,,,,,,,采样频率为250kHz(采样周期为4uS),,,,,,,数字信号样本数位5000个,,,,,,,那么,,,,,,,嘎凤叶功夫窗的长度为4*5000=20000uS=20mS=0.02S,,,,,,,基波频率为50Hz。。。。。。。
因而,,,,,,,进行嘎凤叶变换前,,,,,,,必要知路信号的周期,,,,,,,这个职能由同步源电路实现。。。。。。。
抗混叠滤波器保障了采样频率满足采样定理,,,,,,,AD在同步源电路的节造下,,,,,,,将电压、电流的模拟信号转变为数字信号,,,,,,,微处置器对数字信号进行离散嘎凤叶变换。。。。。。。
离散嘎凤叶变换蕴含急剧嘎凤叶变换(FFT)和通常嘎凤叶变换(DFT)两种方式,,,,,,,FFT对DFT在算法上的一种优化,,,,,,,优化的了局是运算速度更快,,,,,,,而优化的前提是参加FFT的数字信号样本数必须蹬宗2^N。。。。。。。
样本数同时受信号周期和2^N的约束,,,,,,,这种约束由同步源电路实现,,,,,,,即:同步源电路获守信号频率f1之后,,,,,,,产生2^N*f1的采样频率,,,,,,,确保进入嘎凤叶功夫窗的数字信号既满足整周期的要求,,,,,,,也满足样本数为2^N的要求。。。。。。。
若微处置器的运算速度足够高,,,,,,,能够直接选取DFT,,,,,,,这样,,,,,,,就能够不受样本数为2^N的约束。。。。。。。
三功率分析仪与功率表的区别
概括的讲,,,,,,,功率分析仪是功率表的升级产品,,,,,,,蕴含了功率表的有功功率丈量的职能,,,,,,,并且职能更强、合用面更广。。。。。。。
图3 WP4000变频功率分析仪和DP800数字功率表
职能上讲,,,,,,,功率表大多只能合用正弦电路的功率丈量。。。。。。。即就是能够丈量非正弦电路功率的功率表,,,,,,,也只能丈量出电压、电流真有效值和总有功功率。。。。。。。
在非正弦电功率丈量的现实利用中,,,,,,,除了电压、电流真有效值和总有功功率之表,,,,,,,我们还但愿相识电压、电流的基波有效值、总谐波含量、各次谐波的幅值、基波功率及各次谐波的功率。。。。。。。
功率分析仪能够丈量正弦和非正弦电路的有功功率,,,,,,,还可丈量非正弦电路的基波功率和谐波功率。。。。。。。
换言之,,,,,,,前者重要处置正弦信号,,,,,,,后者能够处置正弦和非正弦信号。。。。。。。
或者说,,,,,,,前者对非正弦信号的处置职能较弱,,,,,,,只能观其或许(信号的真有效值和有功功率),,,,,,,后者能够通过频域分析相识信号的具体机关(谐波幅值和谐波功率)。。。。。。。
频域分析的特点是正确但过于抽象,,,,,,,频域分析让我们对信号的内部机关和细节进行正确的量化,,,,,,,但不够直观!
观测实时波形能够最快的速度形象地相识未知的复杂信号,,,,,,,成立感性意识,,,,,,,很多时辰还能够利用观测的波形进行故障诊断或滋扰排除,,,,,,,实时波形属于时域分析。。。。。。。
基于上述需要,,,,,,,功率分析仪除了应该具备功率表的电压、电流有效值丈量、总有功功率的丈量之表,,,,,,,还应具备时域分析和频域分析两大职能。。。。。。。
从功率表和功率分析仪工作道理上看,,,,,,,基于频率域的谐波分析是功率分析仪区别于功率表的和关键之处,,,,,,,从信号的复杂水平看,,,,,,,除了最单一的直流信号和尺度正弦波之表,,,,,,,其它信号均蕴含两种以上的频率成分,,,,,,,频域分析是深刻相识信号的重要伎俩,,,,,,,某些功率分析仪不具备基波丈量职能和谐波分析职能,,,,,,,与功率表相比,,,,,,,重要区别仅仅在屏幕的大幼和显示的多样性上,,,,,,,只能算豪华版功率表,,,,,,,未免愧对“分析”二字!