功率分析儀

電能經(jīng)過轉(zhuǎn)換，可以成為電熱器或者電爐的熱量、發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)能、熒光燈的光能等各種能量。衡量這種能量大小的物理學(xué)概念就是功率。測量用電設(shè)備電功率的測量儀叫做功率分析儀。

功率分析儀，可以將無法感知的電功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成肉眼可觀測的數(shù)值(電功率值)形式，得知該電功率值的增減，由此可以掌握電器的性能以及節(jié)能情況。

在對(duì)消耗電能的產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)和評(píng)價(jià)的時(shí)候，功率分析儀是不可或缺的測量儀器。

帶寬的定義

一個(gè)信號(hào)可以分解為一系列不同頻率正余弦函數(shù)的加權(quán)和。那些加權(quán)非零部分對(duì)應(yīng)的三角函數(shù)的頻率寬度就是帶寬(Bandwidth)。

功率分析儀的帶寬是指功率分析儀的電壓或電流通道可以傳輸?shù)男盘?hào)的上限頻率與下限頻率之差。然而大多數(shù)功率分析儀的帶寬下限頻率非常低或可直接測量直流參數(shù)。因此，通常功率分析儀帶寬等同于其上限頻率。
 

功率分析儀帶寬相關(guān)指標(biāo)

采樣頻率

功率分析儀的諧波分析，波形分析，電壓波動(dòng)和閃變測量等大部分分析功能，都是通過數(shù)字采樣技術(shù)，將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)域離散，幅值量化的離散時(shí)間數(shù)字信號(hào)。

香農(nóng)采樣定理指出，為了不失真地恢復(fù)被測信號(hào)，采樣頻率應(yīng)該大于等于模擬信號(hào)頻譜中最高頻率的2倍。反之，就會(huì)產(chǎn)生頻譜混疊而無法完全重建被測信號(hào)。

因此，功率分析儀的實(shí)際帶寬等于最高采樣頻率除以2，也就是奈奎斯特頻率。

圖 1：混疊示例

橫河WT5000采用18bit ADC，擁有高達(dá)10MS/s的采樣頻率。

頻率濾波器LPF

為了防止混疊，解決方案是：1.直接提升采樣頻率，然而受器件物理性質(zhì)限制，無法無限提升，就有了第二種方案。2.對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行帶寬限制，即將所有輸入信號(hào)分量限制在采樣頻率的一半以下。模擬低通濾波器也稱為抗混疊濾波器，可用來實(shí)現(xiàn)帶寬限制。在對(duì)帶寬進(jìn)行限制時(shí)，抗混疊濾波器通過快速滾降提供足夠的阻帶衰減，以降低大幅高于奈奎斯特頻率的信號(hào)幅度。

圖 2：采樣電路簡易示例

示波器那樣，硬生生地衰減高于截止頻率的信號(hào)。所以根據(jù)應(yīng)用場景的不同，按抗混疊濾波器常見的三種濾波器頻率響應(yīng)特性來選擇適當(dāng)?shù)臑V波器。

巴特沃斯濾波器具有最平坦的幅度響應(yīng)。這意味著，該濾波器在通帶頻率范圍內(nèi)提供最平坦的增益響應(yīng)，并在過渡區(qū)具有適度的滾降。

貝塞爾濾波器提供統(tǒng)一的時(shí)間延遲，以實(shí)現(xiàn)恒定的群延遲。這意味著，該濾波器具有隨頻率變化的線性相位響應(yīng)和優(yōu)異的脈沖輸入瞬態(tài)響應(yīng)。這種優(yōu)異的相位響應(yīng)是以通帶的平坦度和通帶以外的初始滾降衰減較慢為代價(jià)的。

切比雪夫?yàn)V波器設(shè)計(jì)成在過渡區(qū)呈現(xiàn)出更陡峭的滾降，但在通帶中具有更多的紋波。

WT5000功率分析儀提供的濾波器的截止頻率為0.1kHz~100.0kHz(0.1kHz步進(jìn)值)，而濾波器類型支持設(shè)置為巴特沃斯或貝塞爾。還支持固定為1MHz貝塞爾濾波器的AAF。

綜上，橫河高精度功率分析儀可以對(duì)電力電子設(shè)備的功耗、損耗和效率等進(jìn)行評(píng)價(jià),尤其適用于節(jié)能設(shè)計(jì)中的測試環(huán)節(jié)。在可再生能源、電動(dòng)汽車和高能效技術(shù)得到了更廣泛的應(yīng)用的今天，橫河高精度功率分析儀既可以保證測試效率、性能和安全，又能確保測試的可靠性，為工程師們提供通用的測量平臺(tái)，迎接未來挑戰(zhàn)。