测量仪器带宽的作用
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
客户使用 30A 乃至 50A 的 PA 功率卡搭配 LEM 传感器使用，反馈测量不准确，原因是 30A 卡最小量程是 300mA，50A 卡最小量程是 1A，LEM 传感器由于变比很大，所以很多输 出电流都非常小，几十到几百毫安，动态范围和 PA 卡非常不匹配，测量精度肯定无法保证， 这种情况最好使用 5A 的卡配合传感器测量大电流。
功率因数的计算定义很多，有标准定义，也有工程定义，具体是关注总功率因数，还是 只关注基波的功率因数，或者某几次的功率因数等，这个也是由被测产品的行业认证标准决 定的。
图 3.1 Type3 计算公式
产品应用笔记
©2015 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 6
产品应用笔记
©2015 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 2
广州致远电子有限公司
测量仪器带宽的作用
行业分析仪器
2. 事件分析
2.1 客户问题点
客户反馈测量不准确的依据是什么？用的是什么样的测试设备和测试手段？被测信号 有什么样特点？经过沟通确认客户的被测设备是 UPS 电源，对比的测试设备是 Fluke 435 电 能质量分析仪，Fluke 435 测量的功率因数比 PA6000 高很多。得到信息后我们直接怀疑是因 为带宽不同导致的，针对这个问题，充分发挥 PA 的功能优势，使用波形和 FFT 手段进行辅 助问题分析。
3. 测试结论...................................................................................................................6
4. 扩展阅读...................................................................................................................7 5. 免责声明...................................................................................................................8
2.2.3 对比测试结果.......................................................................................................3
2.2.4 原因分析...............................................................................................................4
PA6000 233.489V 14.345A 2.87607kW 0.85867 图上没有
备注 差异较大 差异较大
2.2.4 原因分析
电流值测量差异的原因是测量带宽导致的，如图 2.2 所示，电流信号中有 20kHz 和 40kHz 的高频成分，如果仪器带宽不够，测量时候高频信号会被过滤，导致测量值偏小。验证方式 是使用 PA 打开 10kHz 滤波器后测量值和 Fluke435 接近，如图 2.4 所示，电流测量值减小变 成 13.280A，结果与 Fluke435 测量的 13.4A 接近，说明目前使用的 Fluke435 系统测量电流 的带宽是 10kHz 左右。
广州致远电子有限公司
测量仪器带宽的作用
行业分析仪器
了解清楚被测信号的时域波形和频域特征后，使用致远电子的 PA6000 和 Fulke435 同时 测量这电压和电流如图 2.3 所示，观察对应的测量结果，发现功率因数的测结果 PA 和 Fulke435 是不一样的。并且 Fulke435 给出了两个功率因数，一个是 PF 值为 0.92，一个是 Cosφ 值为 0.99，通过查看 Fulke435 的资料，可以确认 Cosφ 是对应的基波功率因数，PF 对 应的是总功率因数。
广州致远电子有限公司
修订历史
版本 V1.00
日期 2017/5/4
测量仪器带宽的作用
行业分析仪器
原因 创建文档
产品应用笔记
©2015 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. i
广州致远电子有限公司
测量仪器带宽的作用
行业分析仪器
目录
1. 事件背景...................................................................................................................2 2. 事件分析...................................................................................................................3
2.2 被测信号特点
2.2.1 波形
确认被测信号的特征，使用 PA 的查看波形如图 2.1 所示，可以看到电压为 50Hz 标准 正弦波，电流为谐波含量丰富的波形，有丰富的高次谐波和开关噪声，这个电压测量对仪器 带宽没有特殊要求，但是电流必须要求高带宽的仪器才可以准确测量。
图 2.1 UPS 输入信号波形
广州致远电子有限公司
测量仪器带宽的作用
行业分析仪器
4. 扩展阅读
目前有客户反馈使用传感器后测量不准确，我们要确定客户的测试数据，测量对象，确 认传感器精度，确认传感器有没有正常使用，有没有损坏，确认是不是用大量程传感器测量 小电流等。类似出现过客户用 100A 传感器测量 100mA 的情况，测量精度肯定无法保证的， 一般要求被测信号至少达到传感器满量程的 1%以上，不同精度和类型的传感器会有明显差 异。
图 2.3 测量结果对比
PA6000 和 Fluke435 的测量结果对比如表 2.1 所示，可以看到出现差异大的是电流有效 值和总功率因数。
表 2.1 测量结果对比
项目 电压 电流 有功功率 功率因数 PF 基本功率因数 cosφ
Fluke435 233.33V 13.4A 2.89kW
0.92 0.99
广州致远电子有限公司
测量仪器带宽的作用
行业分析仪器
3. 测试结论
可以看到 PF 的主要差异是因为电流测量引起的，电流测量不准确的原因是仪器的带宽 导致的，电流的高频成分实际是存在的，只是 Fluke435 带宽不够，没有测量出来，这个高 频成分是否对产品有影响，是否要关注，由被测产品的行业认证标准决定，PA6000 的更高 带宽可以更加真实的反应实际信号的情况。
＝
������������������������
������ ×
������������������������
＝
2876.07 233.489 × 14.345
＝0.85868
将 PA6000 的电流换成 Fluke435 测量的电流值计算功率因数：
ຫໍສະໝຸດ Baidu
PF﹦
������ ������
＝
������������������������
2.2.2 FFT 对电流信号做 FFT 变换，可以看到如图 2.2 所示，在 20kHz 和 40kHz 处有明显的信号
成分，应该是开关频率，如果测量仪带宽不够，这个分量就无法测量到，导致测量不准确。
2.2.3 对比测试结果 产品应用笔记
图 2.2 UPS 输入电流 FFT
©2015 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 3
Application Note
测量仪器带宽的作用
行业分析仪器
AN01010101 V1.00 Date: 2017/5/4
产品应用笔记
类别 关键词
摘要
内容 功率分析仪、电能质量分析仪、开关频率、谐波、功率因素 通过功率分析仪和电能质量分析仪测量结果的对比，得到测
量仪器带宽对测量结果的影响。
广州致远电子有限公司
2.2.1 波形.......................................................................................................................3
2.2.2 FFT........................................................................................................................3
图 2.5 功率测量算法
Fluke435 功率因数计算：
PF﹦
������ ������
＝
������������������������
������ ×
������������������������
＝
2890 233.33 × 13.4
＝0.9243
PA6000 功率因数计算：
PF﹦
������ ������
产品应用笔记
图 2.4 PA6000 打开 10kHz 滤波器 ©2015 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 4
广州致远电子有限公司
测量仪器带宽的作用
行业分析仪器
功率因数 PF 测量差异也较大，对比 PA 打开滤波器后，测量值就非常接近 Fluke435 测 量的 0.92，PA6000 测试的功率因数值为 0.92840。我们看一下设备的算法，如图 2.5 所示， PA 功率分析仪支持 3 种 Type 模式，Fluke435 只支持 Type1 模式，因为 Fulke435 定位是 40~70Hz 工频信号测量，所以完全按照常规的功率三角形进行测量，该功率三角形在谐波含 量丰富的时候是不成立，具体可以看最新的标准 IEEE1459，并且 Fluke 435 II 也对功率算法 进行了升级，IEEE1459 是最新出的标准，目前功率分析仪只有致远电子的 PA5000 和 PA8000 支持，所以之前的仪器从工程角度定义了 3 中 Type 模式供用户使用，具体使用哪种模式由 各被测设备的认证标准决定，对于单相系统，Type1 和 2 是完全一样的。
产品应用笔记
©2015 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 1
广州致远电子有限公司
测量仪器带宽的作用
行业分析仪器
1. 事件背景
客户反馈 PA6000 功率分析仪测量的功率因数偏低，和他们自己之前测试的功率因数差 距非常大，怀疑 PA6000 精度和算法存在问题。
������ ×
������������������������
＝
2876.07 233.489 × 13.4
＝0.91924
可以看到只要替换了电流值，总功率就基本相同了，功率测量差异出现的原因是电流值
测量出现了差异，电流值出现差异的原因是仪器带宽导致的。
产品应用笔记
©2015 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 5
2.1
客户问题点 ............................................................................................................... 3
2.2
被测信号特点 ........................................................................................................... 3
Fluke435 的基波功率因数使用的是 cosφ 表示的，只关注了基波，没有关注高频分量，这 个值和 PA 测量的λ(1)基波功率因数是一样。针对本次测量的的特殊信号，电压信号只有基 波成分，没有高频成分，对应电压高次谐波基本都是 0，所以参考如图 3.1 所示的公式，可 以看到 PA6000 对应 Type3 模式时，Q 相当于只有基波的无功功率，对应的 S 也相当于只有 基波的 S，所以此时的结果类似只有基波的功率因数，此时功率因数和 Fluke435 测量的基波 功率因数 cosφ 接近。
功率因数的计算定义很多，有标准定义，也有工程定义，具体是关注总功率因数，还是 只关注基波的功率因数，或者某几次的功率因数等，这个也是由被测产品的行业认证标准决 定的。
图 3.1 Type3 计算公式
产品应用笔记
©2015 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 6
产品应用笔记
©2015 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 2
广州致远电子有限公司
测量仪器带宽的作用
行业分析仪器
2. 事件分析
2.1 客户问题点
客户反馈测量不准确的依据是什么？用的是什么样的测试设备和测试手段？被测信号 有什么样特点？经过沟通确认客户的被测设备是 UPS 电源，对比的测试设备是 Fluke 435 电 能质量分析仪，Fluke 435 测量的功率因数比 PA6000 高很多。得到信息后我们直接怀疑是因 为带宽不同导致的，针对这个问题，充分发挥 PA 的功能优势，使用波形和 FFT 手段进行辅 助问题分析。
3. 测试结论...................................................................................................................6
4. 扩展阅读...................................................................................................................7 5. 免责声明...................................................................................................................8
2.2.3 对比测试结果.......................................................................................................3
2.2.4 原因分析...............................................................................................................4
PA6000 233.489V 14.345A 2.87607kW 0.85867 图上没有
备注 差异较大 差异较大
2.2.4 原因分析
电流值测量差异的原因是测量带宽导致的，如图 2.2 所示，电流信号中有 20kHz 和 40kHz 的高频成分，如果仪器带宽不够，测量时候高频信号会被过滤，导致测量值偏小。验证方式 是使用 PA 打开 10kHz 滤波器后测量值和 Fluke435 接近，如图 2.4 所示，电流测量值减小变 成 13.280A，结果与 Fluke435 测量的 13.4A 接近，说明目前使用的 Fluke435 系统测量电流 的带宽是 10kHz 左右。
广州致远电子有限公司
测量仪器带宽的作用
行业分析仪器
了解清楚被测信号的时域波形和频域特征后，使用致远电子的 PA6000 和 Fulke435 同时 测量这电压和电流如图 2.3 所示，观察对应的测量结果，发现功率因数的测结果 PA 和 Fulke435 是不一样的。并且 Fulke435 给出了两个功率因数，一个是 PF 值为 0.92，一个是 Cosφ 值为 0.99，通过查看 Fulke435 的资料，可以确认 Cosφ 是对应的基波功率因数，PF 对 应的是总功率因数。
广州致远电子有限公司
修订历史
版本 V1.00
日期 2017/5/4
测量仪器带宽的作用
行业分析仪器
原因 创建文档
产品应用笔记
©2015 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. i
广州致远电子有限公司
测量仪器带宽的作用
行业分析仪器
目录
1. 事件背景...................................................................................................................2 2. 事件分析...................................................................................................................3
2.2 被测信号特点
2.2.1 波形
确认被测信号的特征，使用 PA 的查看波形如图 2.1 所示，可以看到电压为 50Hz 标准 正弦波，电流为谐波含量丰富的波形，有丰富的高次谐波和开关噪声，这个电压测量对仪器 带宽没有特殊要求，但是电流必须要求高带宽的仪器才可以准确测量。
图 2.1 UPS 输入信号波形
广州致远电子有限公司
测量仪器带宽的作用
行业分析仪器
4. 扩展阅读
目前有客户反馈使用传感器后测量不准确，我们要确定客户的测试数据，测量对象，确 认传感器精度，确认传感器有没有正常使用，有没有损坏，确认是不是用大量程传感器测量 小电流等。类似出现过客户用 100A 传感器测量 100mA 的情况，测量精度肯定无法保证的， 一般要求被测信号至少达到传感器满量程的 1%以上，不同精度和类型的传感器会有明显差 异。
图 2.3 测量结果对比
PA6000 和 Fluke435 的测量结果对比如表 2.1 所示，可以看到出现差异大的是电流有效 值和总功率因数。
表 2.1 测量结果对比
项目 电压 电流 有功功率 功率因数 PF 基本功率因数 cosφ
Fluke435 233.33V 13.4A 2.89kW
0.92 0.99
广州致远电子有限公司
测量仪器带宽的作用
行业分析仪器
3. 测试结论
可以看到 PF 的主要差异是因为电流测量引起的，电流测量不准确的原因是仪器的带宽 导致的，电流的高频成分实际是存在的，只是 Fluke435 带宽不够，没有测量出来，这个高 频成分是否对产品有影响，是否要关注，由被测产品的行业认证标准决定，PA6000 的更高 带宽可以更加真实的反应实际信号的情况。
＝
������������������������
������ ×
������������������������
＝
2876.07 233.489 × 14.345
＝0.85868
将 PA6000 的电流换成 Fluke435 测量的电流值计算功率因数：
ຫໍສະໝຸດ Baidu
PF﹦
������ ������
＝
������������������������
2.2.2 FFT 对电流信号做 FFT 变换，可以看到如图 2.2 所示，在 20kHz 和 40kHz 处有明显的信号
成分，应该是开关频率，如果测量仪带宽不够，这个分量就无法测量到，导致测量不准确。
2.2.3 对比测试结果 产品应用笔记
图 2.2 UPS 输入电流 FFT
©2015 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 3
Application Note
测量仪器带宽的作用
行业分析仪器
AN01010101 V1.00 Date: 2017/5/4
产品应用笔记
类别 关键词
摘要
内容 功率分析仪、电能质量分析仪、开关频率、谐波、功率因素 通过功率分析仪和电能质量分析仪测量结果的对比，得到测
量仪器带宽对测量结果的影响。
广州致远电子有限公司
2.2.1 波形.......................................................................................................................3
2.2.2 FFT........................................................................................................................3
图 2.5 功率测量算法
Fluke435 功率因数计算：
PF﹦
������ ������
＝
������������������������
������ ×
������������������������
＝
2890 233.33 × 13.4
＝0.9243
PA6000 功率因数计算：
PF﹦
������ ������
产品应用笔记
图 2.4 PA6000 打开 10kHz 滤波器 ©2015 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 4
广州致远电子有限公司
测量仪器带宽的作用
行业分析仪器
功率因数 PF 测量差异也较大，对比 PA 打开滤波器后，测量值就非常接近 Fluke435 测 量的 0.92，PA6000 测试的功率因数值为 0.92840。我们看一下设备的算法，如图 2.5 所示， PA 功率分析仪支持 3 种 Type 模式，Fluke435 只支持 Type1 模式，因为 Fulke435 定位是 40~70Hz 工频信号测量，所以完全按照常规的功率三角形进行测量，该功率三角形在谐波含 量丰富的时候是不成立，具体可以看最新的标准 IEEE1459，并且 Fluke 435 II 也对功率算法 进行了升级，IEEE1459 是最新出的标准，目前功率分析仪只有致远电子的 PA5000 和 PA8000 支持，所以之前的仪器从工程角度定义了 3 中 Type 模式供用户使用，具体使用哪种模式由 各被测设备的认证标准决定，对于单相系统，Type1 和 2 是完全一样的。
产品应用笔记
©2015 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 1
广州致远电子有限公司
测量仪器带宽的作用
行业分析仪器
1. 事件背景
客户反馈 PA6000 功率分析仪测量的功率因数偏低，和他们自己之前测试的功率因数差 距非常大，怀疑 PA6000 精度和算法存在问题。
������ ×
������������������������
＝
2876.07 233.489 × 13.4
＝0.91924
可以看到只要替换了电流值，总功率就基本相同了，功率测量差异出现的原因是电流值
测量出现了差异，电流值出现差异的原因是仪器带宽导致的。
产品应用笔记
©2015 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 5
2.1
客户问题点 ............................................................................................................... 3
2.2
被测信号特点 ........................................................................................................... 3
Fluke435 的基波功率因数使用的是 cosφ 表示的，只关注了基波，没有关注高频分量，这 个值和 PA 测量的λ(1)基波功率因数是一样。针对本次测量的的特殊信号，电压信号只有基 波成分，没有高频成分，对应电压高次谐波基本都是 0，所以参考如图 3.1 所示的公式，可 以看到 PA6000 对应 Type3 模式时，Q 相当于只有基波的无功功率，对应的 S 也相当于只有 基波的 S，所以此时的结果类似只有基波的功率因数，此时功率因数和 Fluke435 测量的基波 功率因数 cosφ 接近。