功率分析儀該如何選型？
在當(dāng)今的電力電子或者機(jī)電相關(guān)研究和測(cè)試中，一臺(tái)適合并且好用的功率分析儀成為相關(guān)工作必不可少的測(cè)試設(shè)備。那么，面對(duì)市面上各種廠家和品牌的功率分析儀產(chǎn)品，如何選擇一款zui合適的功分產(chǎn)品，成為了當(dāng)下工程師和科研人員的必要功課。本文將從幾個(gè)方面，講述如何選擇一款合適的功率分析儀。
一款趁手好用的功率分析儀，首先要關(guān)注的是當(dāng)下的測(cè)試條件是否能夠滿足。其次是在滿足當(dāng)下測(cè)試條件的情況下測(cè)試精度是如何的。zui后是設(shè)備好不好用。
功率分析儀能否滿足條件
首先，要看功率分析儀的通道數(shù)量。在這里，我們說(shuō)的功率分析儀的通道是指包含一個(gè)電壓測(cè)量通道和一個(gè)電流測(cè)量通道。假如，針對(duì)三相電機(jī)，如果采用3P3W2M的接線方式,則占用兩個(gè)功率通道。如果采用3P3W3M的接線方式則占用3個(gè)功率通道。所需的通道數(shù)量，決定了功率分析儀的基本選型。日置的PW6001可以提供更高6個(gè)通道的單臺(tái)機(jī)型和更高12通道的光纖同步測(cè)試系統(tǒng)，并同時(shí)提供2ch/4ch的機(jī)械功率（一個(gè)通道的機(jī)械功率包含一個(gè)扭矩輸入通道和一個(gè)轉(zhuǎn)速輸入通道）測(cè)試通道，為多種測(cè)試條件提供便利。
其次，要看測(cè)量的帶寬，功率分析儀的主機(jī)帶寬和被測(cè)信號(hào)頻率。功率分析儀的帶寬是代表主機(jī)的測(cè)量能力范圍，功率分析儀的帶寬如果不滿足測(cè)量信號(hào)頻率導(dǎo)致的直接后果是測(cè)量的功率無(wú)參考意義。同時(shí)，功率分析儀的主機(jī)采樣速率和標(biāo)稱帶寬如果不滿足采樣定律，即功率分析儀的主機(jī)采樣頻率不是帶寬的2倍以上，則在顯示波形的情況下，可能會(huì)出現(xiàn)波形混淆，并且在功率計(jì)算的時(shí)候，不滿足采樣定律的帶寬范圍也無(wú)法準(zhǔn)確運(yùn)算。日置的PW6001，5MS/s采樣，2MS/s帶寬，充分滿足采樣定律，18bit高分辨率，對(duì)于波形顯示無(wú)需擔(dān)心混疊情況出現(xiàn)（見(jiàn)下圖）。
功率分析儀測(cè)試精度如何？
公安部在16個(gè)城市試點(diǎn)基礎(chǔ)上，在全國(guó)分兩批推廣機(jī)動(dòng)車(chē)檢驗(yàn)標(biāo)志電子化，為機(jī)動(dòng)車(chē)所有人、駕駛?cè)艘约跋嚓P(guān)行業(yè)和管理部門(mén)提供電子證照服務(wù)。功率分析儀作為電氣領(lǐng)域高精度測(cè)量的必須設(shè)備。工程師和研發(fā)人員關(guān)注的精度應(yīng)該包括50Hz/60Hz的工頻測(cè)試精度，DC測(cè)試精度，高頻測(cè)試精度和實(shí)際測(cè)試精度這幾個(gè)方面。
工頻測(cè)試精度和DC測(cè)試精度是直接反應(yīng)功率分析儀性能指標(biāo)的參數(shù)。當(dāng)下，功率分析儀領(lǐng)域0.1%以上的精度被認(rèn)為是高精度功率分析儀。日置的PW6001在45 Hz≤ f≤ 66 Hz的主機(jī)精度為±0.02% rdg.±0.03%f.s.，DC精度為±0.02% rdg.±0.05%f.s.都達(dá)到了當(dāng)下業(yè)內(nèi)的較高水準(zhǔn)。
其次是高頻測(cè)量精度。功率的計(jì)算公式為P=UIcosθ，基本的功率測(cè)量要以相應(yīng)的時(shí)間間隔對(duì)電壓和電流進(jìn)行采樣，并計(jì)算相位角θ。通常，功分設(shè)備廠家，一般不會(huì)將高頻的測(cè)試精度明確標(biāo)注，或者根本就是無(wú)法準(zhǔn)確告知。導(dǎo)致客戶在使用購(gòu)買(mǎi)后的設(shè)備，在高頻測(cè)量實(shí)驗(yàn)中無(wú)法正常使用。日置的PW6001在100KHz的代表共模抑制比為80db，高抗干擾能力更具適用性。
目前，高頻功率的測(cè)量集中在SiC等高頻功率開(kāi)關(guān)器件和無(wú)線電能傳輸領(lǐng)域的測(cè)量。在高頻測(cè)量上，格外關(guān)注相位角θ的計(jì)算，微小的計(jì)算誤差將導(dǎo)致測(cè)量的巨大差異。由于功率分析儀的電壓測(cè)量基本都采用直接接入的方式，因此不同的因功率分析儀對(duì)θ角的測(cè)量差異主要在于電流信號(hào)的測(cè)量上。常見(jiàn)的兩種電流測(cè)量方式，分流電阻直接接入式和電流傳感器接入式。
分流電阻直接接入的先天優(yōu)勢(shì)在于對(duì)于相位角θ的計(jì)算無(wú)需更多的優(yōu)化，但是由于構(gòu)造的原因在測(cè)量大電流會(huì)因?yàn)樽陨戆l(fā)熱而造成精度漂移，而且會(huì)因?yàn)椤芭渚€電阻會(huì)造成損耗”，“電容耦合引起泄露電流損耗”。同時(shí)，這種方式的接線也相應(yīng)比較麻煩。
電流傳感器接入方式則更加靈活。首先在測(cè)量上，接線可以更加方便。其次，在大電流測(cè)量上面也沒(méi)有分流電阻形式造成的發(fā)熱情況。zui關(guān)鍵的是可以通過(guò)多種技術(shù)手段，霍爾、放大電路、零磁通、干擾屏蔽等方式進(jìn)行優(yōu)化。在三相電路中，基本都是大功率容量的研究，電流傳感器的方式更是有無(wú)法匹敵的優(yōu)勢(shì)。
雖然，電流傳感器采用的鐵芯結(jié)構(gòu)，磁滯效應(yīng)會(huì)影響感應(yīng)電流的相位測(cè)量。但是，作為世界上一家既能生產(chǎn)高精度的電流傳感器，又能生產(chǎn)高精度功率分析儀的廠家，也可以做到在標(biāo)稱帶寬內(nèi)，進(jìn)行全頻段相位補(bǔ)償。日置的PW6001配合的高精度傳感器進(jìn)行了EMC測(cè)試,電流傳感器具備穩(wěn)定的頻率特性和的抗干擾能力，使得日置的功率分析儀可以做到在高頻測(cè)試時(shí)以0.01°的角度進(jìn)行相位補(bǔ)償。保留了電流傳感器接入的便利，并同時(shí)確保了高頻測(cè)量的精度。
zui后，也是zui重要，也zui容易忽視的，就是實(shí)際測(cè)量精度。實(shí)際測(cè)量精度包含高頻測(cè)量精度、數(shù)據(jù)更新相關(guān)精度、主機(jī)和傳感器的配合精度。日置的PW6001的數(shù)據(jù)更新速率可達(dá)當(dāng)下更高的10ms，針對(duì)一些瞬態(tài)功率的觀測(cè)，比如電機(jī)的升速實(shí)驗(yàn)，根據(jù)ISO 21782需要對(duì)汽車(chē)電機(jī)進(jìn)行40%-99%的升速實(shí)驗(yàn)，10ms的數(shù)據(jù)更新率可以更好的觀測(cè)這些瞬態(tài)的數(shù)值。同時(shí)，即使選擇10ms的數(shù)據(jù)更新率，日置的PW6001的精度也不會(huì)受到影響，而有些功率分析儀由于系統(tǒng)算法的優(yōu)化問(wèn)題，在高速的數(shù)據(jù)更新情況下需要重新加算精度誤差，使得實(shí)際測(cè)量的精度發(fā)生變化。PW6001結(jié)合傳感器的實(shí)測(cè)精度可達(dá)0.075%。實(shí)際的不同帶寬精度也有相應(yīng)標(biāo)注，使得客戶沒(méi)有任何后顧之憂。
功率分析儀設(shè)計(jì)是否實(shí)用？
實(shí)不實(shí)用，也就是指用著到底方便不方便，是否人性化。在這部分，工程師和科研人員zui關(guān)注的分為兩個(gè)方面，即接線方式是否足夠方便，操作是否足夠人性化。在接線方式上，日本日置使用自行研發(fā)的DCCT方式。不管是大電流的測(cè)量發(fā)熱問(wèn)題，亦或者高頻段的相位補(bǔ)償問(wèn)題，都無(wú)需再擔(dān)心。
在操作界面上，按鍵和觸屏結(jié)合的方式，人性化的操作向?qū)?，即使是初次接觸功分的用戶，也可以迅速上手。同時(shí)，日置的PW6001還具備簡(jiǎn)單的示波器功能，電壓、電流、功率波形一目了然。相關(guān)性X-Y曲線可提供2個(gè)系統(tǒng)參數(shù)的相關(guān)性曲線。常規(guī)的諧波分析、FFT分析、運(yùn)算功能和損耗運(yùn)算等也一一具備。
功率分析儀選型總結(jié)：
綜上，相信聰明如您，如何選擇一款合適的功率分析儀已經(jīng)不再話下?？偨Y(jié)一下：
功率分析儀是否滿足當(dāng)下的測(cè)試需求。通道數(shù)量和帶寬。
功率分析儀的主機(jī)精度和實(shí)際精度是怎樣的。
對(duì)于當(dāng)下測(cè)試，功率分析儀是否具備方便性和易操作性。
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