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當(dāng)前位置：深圳市樂買宜電子有限公司>>技術(shù)文章>>專業(yè)知識分享—電壓、電流還充滿疑問，一篇帶你精準(zhǔn)了解
你的專業(yè)知識還記得多少？話不多說一起來看下這篇干貨知識重新開啟新的一年吧。
1.電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換成為電熱器、電爐的熱量、發(fā)動機(jī)的旋轉(zhuǎn)力、熒光燈或水銀燈的光能等所需的能量。
2.測量用電工具電功率的測量儀器稱之為功率計(jì)或是功率分析儀。經(jīng)過使用功率分析儀，能夠使用數(shù)值(電功率值)的形式檢測到肉眼觀察不到的信號(電功率)，從而知道此電功率值的增減，然后可掌握電器的性能還有節(jié)能情況。
3.需要對消耗電力的產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)和評價(jià)時(shí)，功率分析儀是非常關(guān)鍵的測量儀。
可大致分為兩類：一種是基本項(xiàng)目另一種為其他的一些應(yīng)用。
基本項(xiàng)目如下所示：
1.電壓/電流(rms值、mean值、DC值、交流成分)、功率(有功功率、視在功率、無功功率)、功率因數(shù)、相位角、效率
2.電壓或電流的頻率(交流場合)
3.電流積分(Ah)、有功功率積分(Wh)測量
4.諧波(電壓/電流有效值、功率基波成分、各次諧波成分、總諧波含量)
其他應(yīng)用：
1.電壓、電流波形的顯示
2.電機(jī)評價(jià)(扭矩、轉(zhuǎn)速、機(jī)械功率、效率)
經(jīng)常作業(yè)于電路的朋友們都知道電力中存在著直流電與交流電，二者的區(qū)別以及用途是如下所示：
周期不變、維持固定電壓的電源。直流同時(shí)也表示“DC(Direct Current)"。一般經(jīng)常見到的直流電源例如：干電池、蓄電池。(干電池或是蓄電池持續(xù)使用將會消耗，電壓降低，可不變的是一直是正向電壓(極性)。)
在一定的周期內(nèi)，電壓的正負(fù)極(極性)變化的電源。交流也將表示為“AC(Alternating Current")。例如在家庭使用的或是工廠的用電都屬于交流電，其按照正弦波的波形周期性變化。
上面我們說到家庭和工廠用電屬于交流(Alternating Current)。交流電的電壓和電流依照正弦波周期性變化。其演示圖如下所示：
一般計(jì)算方式是由有功功率由電壓、電流及功率因數(shù)(相位差)計(jì)算得出。即，有功功率P＝電壓x電流x相位差(cosφ)
1.在顯示交流電流和電壓的值時(shí)，有效值是使用率是最高的，單位分別是“Arms"、“Vrms"。
2.有效值以某個(gè)大小的直流電流和電壓的做功量為基準(zhǔn)，面對電阻施加直流電壓時(shí)的發(fā)熱量，與之施加不同波形的交流電壓時(shí)的發(fā)熱量相同時(shí)，其交流電壓的有效值與直流電壓值是一樣的。
對源信號的波形得出絕對值之后，計(jì)算平均值。
在此需要注意的是：※整流平均值即可簡單理解為表示此一交流電在全波整流后在相同時(shí)間內(nèi)波形圍出的面積跟多大數(shù)值直流信號圍出的面積是一樣的。
測量波形絕對值的平均值，換算成有效值表示。輸入信號為正弦波時(shí)，能夠獲得和RMS相同值的廉價(jià)測量方法。公式如下所示：
在此需要注意的是：※對于正弦波，MEAN值與RMS值為相同值；對于失真波形，則為不同值。
測量區(qū)間的單純平均值。公式如下：
在此需要注意的是：※DC模式一般常用于測量直流信號或交流信號中的直流偏置。
從真實(shí)有效值的平方減去直流分量的平方所得值的根。僅顯示交流分量的值。
（當(dāng)被測信號是正弦波時(shí)，MEAN值等效于RMS值）
（當(dāng)被測信號為PWM波時(shí)，MEAN值與基波值相似
Note：僅針對于正弦波調(diào)制的PWM波形）
電壓，電流，有功功率由瞬時(shí)數(shù)據(jù)運(yùn)算得出。從電壓、電流、有功功率測量值運(yùn)算出Q、S、λ等值，并且隨電壓/電流測量模式的不同而變化。
面對電路測試大家在剛?cè)腴T的時(shí)候是不是都存在這樣的疑問：電壓、電流都是正的，功率為什么是負(fù)的?
造成這種情況的原因是接線時(shí)將電流或是電壓的正負(fù)接反了；又或是因?yàn)槟承┕r下電壓和電流的方向不一致，例如電池放電、電機(jī)運(yùn)行在發(fā)電模式等有效值的算法是平方之后再開方，所以不管怎么接線，都只是正值。
功率的算法是電壓與電流的實(shí)際采樣值相乘之后再平均運(yùn)算，所以假如電壓與電流的方向相反，計(jì)算得到的功率則是負(fù)值。
1.三相３線與三相４線
1.一般三相交流電每相電壓偏移120°。矢量圖如下所示。
2.各相的電壓稱為相電壓，各相間的電壓稱為線電壓。
3.當(dāng)電源和負(fù)載沒有中性線時(shí)，不能測量相電壓。需要測量線電壓。
4.通常，在電機(jī)測試中會測量線電壓。
5.測量三相交流功率可以采用使用2個(gè)單相功率計(jì)進(jìn)行測量的2瓦特表法。
1.使用三相4線制系統(tǒng)時(shí)，三相功率測量由3個(gè)功率計(jì)測量并簡單相加。
2.面對沒有中性線的三相3線制系統(tǒng)，依據(jù)布朗德爾定理，三相總功率可以由2個(gè)功率計(jì)測量。（通常被成植物2瓦特表法）
布朗德爾(Blondel）定理：N相系統(tǒng)的功率可以用N-1個(gè)功率計(jì)測量得到。
3P3W(3V3A)接線方式的補(bǔ)償功能，3P3W(3V3A)接線方式可以計(jì)算因?yàn)橹行渣c(diǎn)泄漏電流造成的功率損失。
首先需要確認(rèn)電壓電流是否平衡，之后再進(jìn)行更加精確計(jì)算功率因數(shù)PF。
根據(jù)上述圖片可以看到問題：單元2、單元3的功率為負(fù)值，促使計(jì)算三相功率時(shí)總功率接近0。
分析的原因如下：觀察三相電壓、電流的波形，可以看到電流波形相位順序正常，電壓波形U2、U3的順序相反。排查電壓的接線后根本原因是因?yàn)榻泳€時(shí)將V相、W相搞混了。
1.對功率進(jìn)行積分運(yùn)算，能夠計(jì)算用電設(shè)備所消耗的電能。功率分析儀可以同時(shí)顯示功率值與積分結(jié)果。
2.為何不使用對功率值進(jìn)行求取平均值的方法來計(jì)算平均功率?
由上圖可得出以下結(jié)論：
在常規(guī)測量模式下，功率的測量存在死區(qū)時(shí)間
在被測設(shè)備功率波動較大時(shí)，功率測量值會跳動
在通過積分功能計(jì)算整個(gè)過程的平均功率，無測量死區(qū)
測量方案如下：
1.選擇標(biāo)準(zhǔn)積分模式，設(shè)定積分定時(shí)器≥30min。
2.在功率分析儀上選擇“自定義運(yùn)算" 功能，把預(yù)設(shè)好的平均功率計(jì)算公式設(shè)定為ON。
濾波器的用途及使用如下：
1.濾波器是一種選頻裝置，能夠使信號中特定的頻率成分通過，在某種范圍內(nèi)極大地衰減掉其他頻率成分。
2.采用濾波器的選頻特性，能夠?yàn)V除干擾噪聲或進(jìn)行頻譜分析。譬如：去除電源中的高頻噪聲
3.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)。一般以1dB或3dB相對損耗點(diǎn)來標(biāo)準(zhǔn)定義。
WT系列配備了兩種濾波器。接下來簡單講解一下各自的不同之處。
線路濾波器 Line Filter的用途及使用如下：
在此是去除輸入信號的高頻成分的濾波器。減少了轉(zhuǎn)換器波形或偏斜波形等高頻成分，能夠測量電壓、電流、電功率。如果把濾波器調(diào)至ON，測量的電流、電壓波形發(fā)生變化，對此將會對有效值的測量結(jié)果產(chǎn)生影響。
頻率濾波器 Freq Filter的用途及使用如下：
也可以稱之為零濾波器。此濾波器除去輸入信號中輸往頻率測量電流的信號的高頻成分，用于檢測出周期。將濾波器調(diào)至ON，則可以比較準(zhǔn)確地檢測出周期，可是測量的電流、電壓波形不發(fā)生變化，因此不影響有效值等的測量結(jié)果。
在此需要注意的是：
1.使用線路濾波器會對信號產(chǎn)生衰減作用，需要評估設(shè)置適當(dāng)?shù)慕刂诡l率。
2.使用線路濾波器會對測量精度產(chǎn)生影響，詳細(xì)的指標(biāo)請參考使用手冊。
3.對于變頻器PWM電壓測量來說，假如一定要開啟線路濾波器去除高頻干擾的話，通常需要保證線路濾波器的截止頻率至少是調(diào)制波頻率的9倍至10倍以上。電壓測量才有可能會產(chǎn)生一定的衰減作用，可基本不會對功率測量產(chǎn)生影響。
4.進(jìn)行諧波分析時(shí)需要獲得準(zhǔn)確的基波頻率，需要使用頻率濾波器。
周期性的失真波形可用基波整數(shù)倍的頻率合成來表示。
使用FFT運(yùn)算功能會把波形由時(shí)域轉(zhuǎn)換成頻域，測量各頻率成分。
假如在操作中出現(xiàn)諧波結(jié)果不顯示或不正確時(shí)，應(yīng)該如何檢測問題，具體注意點(diǎn)如下：
1.確認(rèn)PLL源的頻率是否正確
PPL源即基波頻率，當(dāng)信號包含高頻成分時(shí)，可能會促使沒有辦法準(zhǔn)確測量到基波的頻率，因而產(chǎn)生諧波測量錯(cuò)誤。此時(shí)需打開頻率濾波器。
2.確認(rèn)數(shù)據(jù)更新周期
諧波測量需求一定的周波數(shù)以進(jìn)行FFT運(yùn)算，數(shù)據(jù)更新周期太快，將有可能導(dǎo)致周波數(shù)不夠，從而沒有辦法正確進(jìn)行諧波測量。
3.確認(rèn)PLL源量程
被選作PLL源的信號，其幅值至少為所設(shè)置的測量量程的50%。若無法測到諧波時(shí)，請減小量程至合適的檔位。
為了進(jìn)行精確的功率測量，不單是對精確測量電壓和電流，而是一定要把功率的精度當(dāng)做一個(gè)整體加以考慮。峰值因數(shù)、相位角誤差、溫度范圍、預(yù)熱時(shí)間、穩(wěn)定周期和共模抑制等參數(shù)都將影響到功率測量的總體精度，因此要更加規(guī)范，并在測量時(shí)按照步驟進(jìn)行實(shí)施。
1.功率測量儀器制造商在其產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊上填寫的精度“典型值"一般是基于產(chǎn)品的期望值或統(tǒng)計(jì)值，并不是保證精度。這些數(shù)據(jù)并不是100%有保證，在沒有校準(zhǔn)的情況下更是如此。
2.功率測量的精度則會依據(jù)測量范圍有所改變。例如量程、頻率范圍等，任何規(guī)定的精度值都應(yīng)該有相應(yīng)的有效范圍。一些儀器的“典型值"很吸引人，但是需要特別小心，因?yàn)樗鼈兊木瓤赡軟]有保證或只有在特定的點(diǎn)有效。
1.電流傳感器作為功率測量儀器的附件常常被使用到，這表示著傳感器的誤差將與電壓輸入和分流器的誤差相疊加，因此所選傳感器的幅度和相位誤差要與高精度功率分析儀相匹配。
2.市面上有很多不同類型的電流傳感器，高精度功率測量常用的是零磁通傳感器?；魻栃?yīng)傳感器將跟隨著時(shí)間的推移而逐漸飽和，羅氏線圈傳感器精度較低。零磁通傳感器能夠提供更高的精度，除此之外還可同時(shí)測量直流和交流信號，因?yàn)榻涣鲬?yīng)用中也會有直流分量，因此十分的關(guān)鍵。
1.電路在不同溫度時(shí)所呈現(xiàn)出的情況也各不相同， 所以溫度系數(shù)可以表示出環(huán)境溫度對儀器帶來的影響。儀器的溫度范圍越寬越好。
2.舉例來說，溫度范圍指標(biāo)為23℃±5℃的儀器承受溫度變化的能力高于23℃±2℃的儀器。
3.與那些溫度范圍小、在溫度范圍之外性能無法保證的儀器不同，具有較寬溫度范圍的儀器不需要昂貴的冷卻解決方案。
1.每臺功率計(jì)都存在著相位誤差，這是由輸入阻抗和分流器引起的。
2.當(dāng)使用外部傳感器時(shí)，傳感器之間的性能差異也會增大相位誤差。
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