一、概述

       功率測量用于測量電氣設備消耗的功率，廣泛應用于家用電器、照明設備、工業(yè)用機器、儲能等研究開發(fā)或生產線等領域中，要想精準的測量被測量，一個好的測量方法和一臺高精度的測量儀器同樣重要，目前主流的儀器是功率分析儀。

二、測試目標

（1）提高產品的能源效率——即使是小數點后幾位——對制造商來說既是一個重要目標，也是一個重大挑戰(zhàn)。

（2）為了驗證效率的微小改進，研發(fā)團隊需要了解其功率分析儀的總體準確度或不確定性。

（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，評估不僅要考慮基本參數，還要考慮峰值因數、相位角誤差、溫度范圍、預熱時間、穩(wěn)定期和共模抑制等其他因素。

三、精度

1、儀器的精度是測量值與真值的接近程度，通常用相對百分比來表。

2、儀器制造商發(fā)布的規(guī)格通常包括“保證值"和“典型值"等術語。一些制造商在其發(fā)布的數據中使用典型值，這往往會誤導客戶。典型值通常是基于制造商對其產品期望的參考值，但這些值通常不能100% 保證。

3、峰值因數的影響

（1）峰值因數的含義

（2）功率分析儀的峰值因數規(guī)格

       CF3表示：當前量程下，允許輸入的信號峰值為有效值量程的3倍。并不是只能測量峰值因數為3的信號。

       以WT5000為例，設置為CF3時，信號有效的輸入范圍為量程的1%~130%

（3）當信號峰值超過功率分析儀允許的峰值時：

① 使用固定量程時，會顯示超峰值錯誤，無法正確測量。

② 使用自動量程時，會自動切換到下一檔量程，切換過程無法正確測量。

（4）對于功率分析儀，峰值因數在以下方面具有重要意義。 

① 峰值因數能夠顯示儀器對于畸變信號的正確測量能力。

② 正確測量輸入信號的峰值因數，為評估輸入信號的質量提供定量依據（電源行業(yè)等）。

③ 穩(wěn)定測量高度失真的波形，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溫度范圍內都可以保證精度。

（2）如果只有23°C ±2°C，即21°C ~ 25°C，測試現場的環(huán)境溫度很難保證，會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的溫度系數。

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

（5）那么在23°C±5°C時，補償了溫度系數之后的精度為：±(讀數的0.04%+量程的0.02%）。

5、預熱對測量的影響

       對于高精度功率測量來說，預熱是非常重要的步驟。

（1）開機后，測量之前，一般需要預熱30分鐘以上。

（2）預熱之后，儀器內部溫度達到穩(wěn)定狀態(tài)，元器件也進入穩(wěn)定工作狀態(tài)。

（3）預熱之后需進行調零校準操作。

6、調零校準的必要性

（1）去除輸入通道零漂和傳感器偏移量是高精度測量的必要步驟。

① 當預熱之后，或者長時間測量之后環(huán)境溫度發(fā)生變化，會產生一定的零漂。

② 外部傳感器的零點偏移量需要盡量去除。

（2）對于功率分析儀：

① 輸入通道的校準(Cal)與是否接線無關，可以在測量過程中進行。

② 動態(tài)測試時，建議打開自動量程，減小量程誤差，在量程切換時可自動調零。

③ 積分過程中可設定自定校準。

④ 對于電流傳感器、扭矩轉速傳感器信號，在開始測量之前打開NULL功能，可以去除傳感器的直流零漂。

7、帶寬對測量的影響

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

       功率計產品對幅值精度的要求遠遠高于示波器產品，必須有足夠的帶寬保證有效信號不被衰減。

8、采樣率對測量的影響

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

9、濾波器的作用

       濾波器是一種選頻裝置，可以使信號中特定的頻率成分通過，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，及高通濾波器的通帶左邊頻點。通常以1dB或3dB相對損耗點來標準定義。

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，會去除信號的高頻成分（高頻諧波成分），僅測量低頻成分，會導致電壓RMS，電流RMS等測量值發(fā)生變化，謹慎使用。

（2）頻率濾波器

       頻率濾波器又可稱作零交叉濾波器，用于去除進入頻率測量電路輸入信號的高頻分量，對測量的電壓/電流波形沒有直接影響，但對周期檢測有影響。

11、濾波器對測量的影響

（1）功率分析儀一般可以同時進行常規(guī)測量和諧波測量。

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

② 諧波測量：對輸入的電壓電流信號進行傅里葉變換，獲得基波和諧波等相關參數。

（2）常規(guī)測量和諧波測量對于濾波器的截止頻率設定有不同的要求。

① 常規(guī)測量：要求濾波器的截止頻率不能設置過低。

② 諧波測量：需要設置較低的截止頻率，防止混淆現象發(fā)生。

（3）WT5000有兩種類型的數字線路濾波器，用戶可以單獨設置截止頻率。

（4）較高的截止頻率設置用于常規(guī)測量，較低的頻率設置用于諧波測量。

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到“ 讀數的0.05% + 量程的0.05%"，且直接測量5A以內的電流，當電流大于5A，應選擇AC/DC電流傳感器CT系列，通過使用專用連接線和分流器， 功率分析儀可以測量大電流，通過這種方式連接傳感器， 可以提高信噪比和抗干擾度。當被測電流為高頻脈沖信號，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計理念及構造要求，國內外功率分析儀供應廠家的電壓輸入均限制到了1500V。這對于一些電機應用、變頻器應用、逆變器應用、儲能領域會出現超過1500V的現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，但這種方案無法做到高頻、高壓下的高精度測試。寬頻高壓分壓器是用于解決高壓分壓問題的設備，可以實現3.5KV、7KV、10KV及14KV的電壓分壓。同時依照功率分析儀的設計，分壓器設備每一個型號均可配置不同的一個，兩個或三個通道版本，以匹配特定的測量任務。