一、概述

       功率測(cè)量用于測(cè)量電氣設(shè)備消耗的功率，廣泛應(yīng)用于家用電器、照明設(shè)備、工業(yè)用機(jī)器、儲(chǔ)能等研究開(kāi)發(fā)或生產(chǎn)線等領(lǐng)域中，要想精準(zhǔn)的測(cè)量被測(cè)量，一個(gè)好的測(cè)量方法和一臺(tái)高精度的測(cè)量?jī)x器同樣重要，目前主流的儀器是功率分析儀。

二、測(cè)試目標(biāo)

（1）提高產(chǎn)品的能源效率——即使是小數(shù)點(diǎn)后幾位——對(duì)制造商來(lái)說(shuō)既是一個(gè)重要目標(biāo)，也是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。

（2）為了驗(yàn)證效率的微小改進(jìn)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)需要了解其功率分析儀的總體準(zhǔn)確度或不確定性。

（3）作為制造商，重要的是了解影響儀器不確定度的所有因素。

（4）在考慮功率精度時(shí)，評(píng)估不僅要考慮基本參數(shù)，還要考慮峰值因數(shù)、相位角誤差、溫度范圍、預(yù)熱時(shí)間、穩(wěn)定期和共模抑制等其他因素。

三、精度

1、儀器的精度是測(cè)量值與真值的接近程度，通常用相對(duì)百分比來(lái)表。

2、儀器制造商發(fā)布的規(guī)格通常包括“保證值"和“典型值"等術(shù)語(yǔ)。一些制造商在其發(fā)布的數(shù)據(jù)中使用典型值，這往往會(huì)誤導(dǎo)客戶。典型值通常是基于制造商對(duì)其產(chǎn)品期望的參考值，但這些值通常不能100% 保證。

3、峰值因數(shù)的影響

（1）峰值因數(shù)的含義

（2）功率分析儀的峰值因數(shù)規(guī)格

       CF3表示：當(dāng)前量程下，允許輸入的信號(hào)峰值為有效值量程的3倍。并不是只能測(cè)量峰值因數(shù)為3的信號(hào)。

       以WT5000為例，設(shè)置為CF3時(shí)，信號(hào)有效的輸入范圍為量程的1%~130%

（3）當(dāng)信號(hào)峰值超過(guò)功率分析儀允許的峰值時(shí)：

① 使用固定量程時(shí)，會(huì)顯示超峰值錯(cuò)誤，無(wú)法正確測(cè)量。

② 使用自動(dòng)量程時(shí)，會(huì)自動(dòng)切換到下一檔量程，切換過(guò)程無(wú)法正確測(cè)量。

（4）對(duì)于功率分析儀，峰值因數(shù)在以下方面具有重要意義。 

① 峰值因數(shù)能夠顯示儀器對(duì)于畸變信號(hào)的正確測(cè)量能力。

② 正確測(cè)量輸入信號(hào)的峰值因數(shù)，為評(píng)估輸入信號(hào)的質(zhì)量提供定量依據(jù)（電源行業(yè)等）。

③ 穩(wěn)定測(cè)量高度失真的波形，如家用電器，防止頻繁切換量程。

4、環(huán)境溫度的影響

       影響功率分析儀精度的另一個(gè)因素是溫度。 

（1）功率分析儀保證精度的溫度范圍為23°C ±5°C，即在18°C ~ 28°C溫度范圍內(nèi)都可以保證精度。

（2）如果只有23°C ±2°C，即21°C ~ 25°C，測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境溫度很難保證，會(huì)增加很大的不確定性。

（3）超出保證精度的溫度范圍，要在精度上增加相應(yīng)的溫度系數(shù)。

（4）如果在23°C±2°C時(shí)，精度為：±(讀數(shù)的0.01%+量程的0.02%）。

（5）那么在23°C±5°C時(shí)，補(bǔ)償了溫度系數(shù)之后的精度為：±(讀數(shù)的0.04%+量程的0.02%）。

5、預(yù)熱對(duì)測(cè)量的影響

       對(duì)于高精度功率測(cè)量來(lái)說(shuō)，預(yù)熱是非常重要的步驟。

（1）開(kāi)機(jī)后，測(cè)量之前，一般需要預(yù)熱30分鐘以上。

（2）預(yù)熱之后，儀器內(nèi)部溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，元器件也進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)。

（3）預(yù)熱之后需進(jìn)行調(diào)零校準(zhǔn)操作。

6、調(diào)零校準(zhǔn)的必要性

（1）去除輸入通道零漂和傳感器偏移量是高精度測(cè)量的必要步驟。

① 當(dāng)預(yù)熱之后，或者長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量之后環(huán)境溫度發(fā)生變化，會(huì)產(chǎn)生一定的零漂。

② 外部傳感器的零點(diǎn)偏移量需要盡量去除。

（2）對(duì)于功率分析儀：

① 輸入通道的校準(zhǔn)(Cal)與是否接線無(wú)關(guān)，可以在測(cè)量過(guò)程中進(jìn)行。

② 動(dòng)態(tài)測(cè)試時(shí)，建議打開(kāi)自動(dòng)量程，減小量程誤差，在量程切換時(shí)可自動(dòng)調(diào)零。

③ 積分過(guò)程中可設(shè)定自定校準(zhǔn)。

④ 對(duì)于電流傳感器、扭矩轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)，在開(kāi)始測(cè)量之前打開(kāi)NULL功能，可以去除傳感器的直流零漂。

7、帶寬對(duì)測(cè)量的影響

       帶寬是示波器的主要指標(biāo)，是所謂的-3dB點(diǎn)，即：在輸入端輸入正弦波信號(hào)，如果采集到的幅值衰減到原始信號(hào)的70.7%（-3dB），那么這個(gè)正弦波的頻率點(diǎn)就是示波器的帶寬。

       功率計(jì)產(chǎn)品對(duì)幅值精度的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于示波器產(chǎn)品，必須有足夠的帶寬保證有效信號(hào)不被衰減。

8、采樣率對(duì)測(cè)量的影響

       高采樣率能夠保證高頻成分被盡可能完整地采集。對(duì)于類似SiC變頻器這樣的高頻輸出電壓信號(hào)，必須要足夠高的采樣率才能計(jì)算出準(zhǔn)確的電壓有效值。

9、濾波器的作用

       濾波器是一種選頻裝置，可以使信號(hào)中特定的頻率成分通過(guò)，而極大地衰減其他頻率成分。利用濾波器的選頻特性，可以濾除干擾噪聲或進(jìn)行頻譜分析。例如：去除電源中的高頻噪聲。

       截止頻率（Cutoff Frequency）： 指低通濾波器的通帶右邊頻點(diǎn)，及高通濾波器的通帶左邊頻點(diǎn)。通常以1dB或3dB相對(duì)損耗點(diǎn)來(lái)標(biāo)準(zhǔn)定義。

10、功率分析儀中濾波器的種類

（1）線路濾波器

       線路濾波器屬于低通濾波器，會(huì)去除信號(hào)的高頻成分（高頻諧波成分），僅測(cè)量低頻成分，會(huì)導(dǎo)致電壓RMS，電流RMS等測(cè)量值發(fā)生變化，謹(jǐn)慎使用。

（2）頻率濾波器

       頻率濾波器又可稱作零交叉濾波器，用于去除進(jìn)入頻率測(cè)量電路輸入信號(hào)的高頻分量，對(duì)測(cè)量的電壓/電流波形沒(méi)有直接影響，但對(duì)周期檢測(cè)有影響。

11、濾波器對(duì)測(cè)量的影響

（1）功率分析儀一般可以同時(shí)進(jìn)行常規(guī)測(cè)量和諧波測(cè)量。

① 常規(guī)測(cè)量：一般功率參數(shù)，包括電壓、電流、功率等參數(shù)的有效值、平均值等。

② 諧波測(cè)量：對(duì)輸入的電壓電流信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，獲得基波和諧波等相關(guān)參數(shù)。

（2）常規(guī)測(cè)量和諧波測(cè)量對(duì)于濾波器的截止頻率設(shè)定有不同的要求。

① 常規(guī)測(cè)量：要求濾波器的截止頻率不能設(shè)置過(guò)低。

② 諧波測(cè)量：需要設(shè)置較低的截止頻率，防止混淆現(xiàn)象發(fā)生。

（3）WT5000有兩種類型的數(shù)字線路濾波器，用戶可以單獨(dú)設(shè)置截止頻率。

（4）較高的截止頻率設(shè)置用于常規(guī)測(cè)量，較低的頻率設(shè)置用于諧波測(cè)量。

12、傳感器的選擇

（1）電流傳感器：功率分析儀能保證功率精度達(dá)到“ 讀數(shù)的0.05% + 量程的0.05%"，且直接測(cè)量5A以內(nèi)的電流，當(dāng)電流大于5A，應(yīng)選擇AC/DC電流傳感器CT系列，通過(guò)使用專用連接線和分流器， 功率分析儀可以測(cè)量大電流，通過(guò)這種方式連接傳感器， 可以提高信噪比和抗干擾度。當(dāng)被測(cè)電流為高頻脈沖信號(hào)，可以選用剛性羅氏線圈。

（2）電壓傳感器：由于功率分析儀的設(shè)計(jì)理念及構(gòu)造要求，國(guó)內(nèi)外功率分析儀供應(yīng)廠家的電壓輸入均限制到了1500V。這對(duì)于一些電機(jī)應(yīng)用、變頻器應(yīng)用、逆變器應(yīng)用、儲(chǔ)能領(lǐng)域會(huì)出現(xiàn)超過(guò)1500V的現(xiàn)象造成了巨大的困擾。之前部分公司提出了采用分壓電阻的方式，但這種方案無(wú)法做到高頻、高壓下的高精度測(cè)試。寬頻高壓分壓器是用于解決高壓分壓?jiǎn)栴}的設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)3.5KV、7KV、10KV及14KV的電壓分壓。同時(shí)依照功率分析儀的設(shè)計(jì)，分壓器設(shè)備每一個(gè)型號(hào)均可配置不同的一個(gè)，兩個(gè)或三個(gè)通道版本，以匹配特定的測(cè)量任務(wù)。