功率分析仪

来源：爱仪器仪表网发布时间：15-06-15 10:54 作者：ai1718 浏览次数：997 分类：技术文章

什么是功率分析仪？

提到功率分析仪，很多人都会觉得这是一个的分析仪器，与自己生活毫无相关。其实不然，功率分析仪不仅能够帮助工程师研发电力产品，也能为我们日常生活提供许多的帮助。功率分析仪中的功率指的是“电功率”（通过扩展也可以测量机械功率），“电功率”是反应用电设备耗电能力大小的指标，因此功率分析仪可以简单的理解为检测用电设备耗电能力大小的分析仪器。

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功率分析仪应用行业

根据功率分析仪的作用，我们可以知道功率分析仪所应用的场合，那*是只要与电力相关的场合*可能用到功率分析仪，如发电端（太阳能光伏发电、风力发电），电力配送（逆变器、变压器），用电端（家电、电机），移动用电（电动车、蓄电池）等，下图反映了功率分析仪的应用场合。

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功率分析仪与电表的区别

我们家里的电表也是反应用电多少的仪器，既然功率分析仪是分析设备用电能力的仪器，那功率分析仪与电表有什么异同呢？

功率分析仪与电表相同的地方*是，两者采集的基本电信号是一样的，电信号包括电压信号和电流信号。

功率分析仪与电表不同的地方是，电表只单纯的计量用电多少，而功率分析仪采集电压、电流后还需要对其做复杂的数据分析、处理、运算，显示出数据、波形、谐波、矢量图、频谱分布图、趋势图等内容，为研发人员设计研发电器产品提供可靠的理论依据。研发人员只有对电器的用电特性做出准确合理的判断后才能设计出更多更好的电器设备，提高我们的生活品质。

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功率分析仪与电能质量分析仪的区别

电能质量分析仪是一种对电网中电能质量问题进行记录分析的测量工具，它可以捕捉故障现场的谐波、电压波动、闪变、功率和三相不平衡等常见的电能质量问题，为智能电网、新能源、电气化铁路和大型工业用户提供电能质量方面的性能评估和治理决策。电能质量分析仪可分为便携式系列和在线式系列。

电能质量分析仪采集的基本信号与功率分析仪一样都是电压、电流。那么两者究竟有何区分呢？

电能质量分析仪主要应用在电网电力及用电场合，用于评估电能质量好坏，测试对象为工频电，因为工频电的频率一般为50Hz，所以电能质量分析仪的带宽比较固定，为工频频率附近。如FLUKE电能质量分析仪F435-2的测试频率为50-60Hz，带宽大于10kHz。电能质量分析仪采样率一般为每周波512点，F435-2采样率可达每周波5000点。下图为电能质量分析仪测试的典型波形。

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功率分析仪不仅要求能应用于电网电力，而且要求能测试变频器、电机等非工频场合，因此功率分析仪的带宽一般为宽频输入且采样率更高。HIOKI高精度功率分析仪3390的带宽为DC/0.5Hz~150kHz，采样率为500kS/s，可以满足各类应用场合的需要。下图为功率分析测量变频器输出波形图。

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知道了两者的原理，我们再来说说两者的功能。电能质量分析仪主要针对工频电，进行电力故障诊断分析、供电质量评估管理、供电设备运行状态监测，对电能质量情况进行监视、异常捕获、数据记录，并且符合国际及*相关等级标准。

功率分析仪带宽广，所以应用场合更多，甚至可以说包含了电能质量分析仪的各项功能。这些功能不仅可以做工频范围的电能测试，还可以做非工频范围的变频测试，丰富了研发生产的测试手段。

功率分析仪与示波器的区别

相信只要是从事电类相关行业的人，大部分都接触过示波器。想当初在大学期间做电子竞赛，经常拿示波器观看板子的信号，将示波器的探头接到被测点，按一下AUTO按钮，屏幕中间*出现了被测信号的波形，使用非常方便。那么示波器为什么能抓到波形？如何抓到波形？我们看到的是不是实际波形呢？

示波器*常被提及的参数*是带宽和采样率，带宽表示示波器能测试信号的*大频率，采样率表示示波器采集信号的*大速度，如MDO3014示波器带宽为100MHz，采样率为2.5GS/s。由此可见示波器的采样速度非常快，这*必然导致示波器需要处理的数据量非常大，甚至超过示波器的运算能力，那么在这种情况下，数据如何处理呢？那*是几乎所有的数字示波器都存在死区时间，如下图所示。

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简单的说，*是示波器并不是每时每刻都在采集数据，而是采集一段时间数据，计算一段时间，计算时前端ADC并不采集数据或者说采集的数据是无效数据，市面上大多数示波器的死区时间高达90%以上。由此可知示波器上看到的波形其实是真实波形的一小部分，而非全部波形。

通过之前的介绍，我们知道功率分析仪是分析电能量转换设备性能的重要工具，在实际应用中，必须要求功率分析仪工作无死区时间，否则*不能真实反映电能量转换设备的性能。功率分析仪前端ADC往往是16bit（大部分示波器ADC为8bit），功率分析仪的数据长度比示波器长，因此相对示波器而言，功率分析仪的带宽和采样率会低很多。

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既然功率分析仪带宽不高，那么在实际测试中会不会影响测试结果呢？当然不会，因为功率分析仪测试的对象是电能量转换设备，常见的如变压器、逆变器、变频器、适配器、家用电器等等。我们可以发现这些设备的特点*是电压、电流频率不会很高，频率较高的如变频器等，基频也*在几十KHz，功率分析仪的带宽足够测试该信号。如此一来既能满足功率分析仪测试无死区的要求，又能满足被测信号的带宽要求。

下图为示波器测试信号的周期与功率分析仪测试信号的周期对比情况，示波器往往测试周期更短频率更高的信号，示波器是见微知著，功率分析仪测试的是周期较长频率较低的信号，功率分析仪无所遗漏！

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功率分析仪与万用表的区别

电子工程师必定都用过万用表，但所有电子工程师都敢说了解万用表的工作原理和测试对象的吗？我想不一定。万用表顾名思义*是功能用处极多，测试对象极广的一款电子测量仪器。

如泰克的DMM4050六位半数字万用表，其可测试内容包括：电压、电流、电阻、频率、周期、导通、二极管测试、电容、温度等，并提供丰富的硬件接口，方便客户二次开发。

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通过之前的介绍，我们可以知道功率分析仪测试的原始信号*是交/直流电压、电流，而万用表也可以测试，也有人用万用表测试电压、电流来计算设备的功率。那么万用表是否能测试的准确呢？

示波器的采样率很高导致测试有死区，电能质量分析仪的测试带宽有限，所以无法测试高频。那么万用表呢？如DMM4050六位半数字万用表，其采样率为5kHz，测试带宽*大为10kHz，由此可见万用表的采样率并不高，且带宽也不高。而功率分析仪的采样率和带宽则高出很多。

除了带宽和采样率不同以外，万用表和功率分析仪的计算方法也不一样。

万用表测试交流信号得到的是真有效值（rms），且无法改变测试模式。而真有效值的特点*是只有当被测试的信号为标准正弦波时，其测试结果才*准确，如果测试对象不是正弦波，那么测试结果*会与实际值有偏差，甚至相差很大。万用表测试直流信号时，采样率会很慢，如果直流信号很稳定，那么万用表测试的值会非常准确，但是如果直流信号不稳定或带有纹波，那么万用表测试的结果也会偏差很大。

功率分析仪则不同，它的信号模式有有效值、平均值、峰值、基频测量值等，可以完全适应现实中的各种形式的信号类型，并进行准确测试。

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功率分析仪和万用表还有一个*大的区别*是，万用表只能单独测试电压或电流，如果要计算功率，那么*必须先测电压或电流，然后再测电流或电压，*后通过电压电流来计算功率，如此一来电压、电流根本不是同时测得的，计算的功率也不具有很大的参考价值。

而功率分析仪*能同时测试电压、电流，3390分析仪的同步时钟为50ms或100ms，测得的功率才是实时功率。

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功率分析仪基本原理

功率分析仪3390是一台多通道的高精度功率测量仪器，可以*测量多相高电压和大电流信号，计算有功功率P、无功功率Q、视在功率S、功率因数、相位、能量等参数，并集成有谐波分析仪功能。

功率分析仪3390可以具有1~4个输入单元，每个输入单元包括一路电压和一路电流信号通道，每个信号通道均有自己独立的ADC。

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谐波分析

几乎所有的功率分析仪都有谐波测量功能，有的支持40次，有的支持100次，有的支持128次。

说到谐波，我们首先关注的参数*是THD(总谐波畸变率)，总谐波畸变率*是各次谐波的均方根值除以基波值（有时候是除以总波值叫THF），其值以百分比方式显示。

公式中除数基波值是基本不变的，但是被除数各次谐波的均方根值，则随着谐波次数的增多而增大。也*是说，用于计算THD的谐波次数越大，THD值*越大。而谐波次数越多测试出来的THD值离真实值*越接近。

THD*是告诉你，被测信号里面含有多少谐波成分，是否足够“纯净”。我们的常识里面谐波*是危害很大的，几乎没有好处（谐波当然也可以废物利用，比如供电线融冰），THD的真实值可以*准确的告诉我们，被测信号的“纯度”，*像饮用水里面各种成分的含量一样，谐波*像水里面的漂白粉、重金属、有机物成分等，我们当然希望了解我们的饮用水里面所有各种成分的含量。

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