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功率分析仪该如何选型?

时间:2020-09-23 18:27:17 来源:日本日置 点击:274次

功率分析仪该如何选型?

在当今的电力电子或者机电相关研究和测试中,一台适合并且好用的功率分析仪成为相关工作必不可少的测试设备。那么,面对市面上各种厂家和品牌的功率分析仪产品,如何选择一款zui合适的功分产品,成为了当下工程师和科研人员的必要功课。本文将从几个方面,讲述如何选择一款合适的功率分析仪。
一款趁手好用的功率分析仪,首先要关注的是当下的测试条件是否能够满足。其次是在满足当下测试条件的情况下测试精度是如何的。zui后是设备好不好用。

功率分析仪能否满足条件

首先,要看功率分析仪的通道数量。在这里,我们说的功率分析仪的通道是指包含一个电压测量通道和一个电流测量通道。假如,针对三相电机,如果采用3P3W2M的接线方式,则占用两个功率通道。如果采用3P3W3M的接线方式则占用3个功率通道。所需的通道数量,决定了功率分析仪的基本选型。日置的PW6001可以提供更高6个通道的单台机型和更高12通道的光纤同步测试系统,并同时提供2ch/4ch的机械功率(一个通道的机械功率包含一个扭矩输入通道和一个转速输入通道)测试通道,为多种测试条件提供便利。

其次,要看测量的带宽,功率分析仪的主机带宽和被测信号频率。功率分析仪的带宽是代表主机的测量能力范围,功率分析仪的带宽如果不满足测量信号频率导致的直接后果是测量的功率无参考意义。同时,功率分析仪的主机采样速率和标称带宽如果不满足采样定律,即功率分析仪的主机采样频率不是带宽的2倍以上,则在显示波形的情况下,可能会出现波形混淆,并且在功率计算的时候,不满足采样定律的带宽范围也无法准确运算。日置的PW6001,5MS/s采样,2MS/s带宽,充分满足采样定律,18bit高分辨率,对于波形显示无需担心混叠情况出现(见下图)。

功率分析仪的波形显示

功率分析仪测试精度如何?

公安部在16个城市试点基础上,在全国分两批推广机动车检验标志电子化,为机动车所有人、驾驶人以及相关行业和管理部门提供电子证照服务。功率分析仪作为电气领域高精度测量的必须设备。工程师和研发人员关注的精度应该包括50Hz/60Hz的工频测试精度,DC测试精度,高频测试精度和实际测试精度这几个方面。

工频测试精度和DC测试精度是直接反应功率分析仪性能指标的参数。当下,功率分析仪领域0.1%以上的精度被认为是高精度功率分析仪。日置的PW6001在45 Hz≤ f≤ 66 Hz的主机精度为±0.02% rdg.±0.03%f.s.,DC精度为±0.02% rdg.±0.05%f.s.都达到了当下业内的较高水准。

其次是高频测量精度。功率的计算公式为P=UIcosθ,基本的功率测量要以相应的时间间隔对电压和电流进行采样,并计算相位角θ。通常,功分设备厂家,一般不会将高频的测试精度明确标注,或者根本就是无法准确告知。导致客户在使用购买后的设备,在高频测量实验中无法正常使用。日置的PW6001在100KHz的代表共模抑制比为80db,高抗干扰能力更具适用性。

功率分析仪测试精度


目前,高频功率的测量集中在SiC等高频功率开关器件和无线电能传输领域的测量。在高频测量上,格外关注相位角θ的计算,微小的计算误差将导致测量的巨大差异。由于功率分析仪的电压测量基本都采用直接接入的方式,因此不同的因功率分析仪对θ角的测量差异主要在于电流信号的测量上。常见的两种电流测量方式,分流电阻直接接入式和电流传感器接入式。

分流电阻直接接入的先天优势在于对于相位角θ的计算无需更多的优化,但是由于构造的原因在测量大电流会因为自身发热而造成精度漂移,而且会因为“配线电阻会造成损耗”,“电容耦合引起泄露电流损耗”。同时,这种方式的接线也相应比较麻烦。

电流传感器接入方式则更加灵活。首先在测量上,接线可以更加方便。其次,在大电流测量上面也没有分流电阻形式造成的发热情况。zui关键的是可以通过多种技术手段,霍尔、放大电路、零磁通、干扰屏蔽等方式进行优化。在三相电路中,基本都是大功率容量的研究,电流传感器的方式更是有无法匹敌的优势。

功率分析仪的电流传感器

虽然,电流传感器采用的铁芯结构,磁滞效应会影响感应电流的相位测量。但是,作为世界上一家既能生产高精度的电流传感器,又能生产高精度功率分析仪的厂家,也可以做到在标称带宽内,进行全频段相位补偿。日置的PW6001配合的高精度传感器进行了EMC测试,电流传感器具备稳定的频率特性和的抗干扰能力,使得日置的功率分析仪可以做到在高频测试时以0.01°的角度进行相位补偿。保留了电流传感器接入的便利,并同时确保了高频测量的精度。

功率分析仪的相位补偿

zui后,也是zui重要,也zui容易忽视的,就是实际测量精度。实际测量精度包含高频测量精度、数据更新相关精度、主机和传感器的配合精度。日置的PW6001的数据更新速率可达当下更高的10ms,针对一些瞬态功率的观测,比如电机的升速实验,根据ISO 21782需要对汽车电机进行40%-99%的升速实验,10ms的数据更新率可以更好的观测这些瞬态的数值。同时,即使选择10ms的数据更新率,日置的PW6001的精度也不会受到影响,而有些功率分析仪由于系统算法的优化问题,在高速的数据更新情况下需要重新加算精度误差,使得实际测量的精度发生变化。PW6001结合传感器的实测精度可达0.075%。实际的不同带宽精度也有相应标注,使得客户没有任何后顾之忧。

功率分析仪的实际测量精度

功率分析仪设计是否实用?

实不实用,也就是指用着到底方便不方便,是否人性化。在这部分,工程师和科研人员zui关注的分为两个方面,即接线方式是否足够方便,操作是否足够人性化。在接线方式上,日本日置使用自行研发的DCCT方式。不管是大电流的测量发热问题,亦或者高频段的相位补偿问题,都无需再担心。
在操作界面上,按键和触屏结合的方式,人性化的操作向导,即使是初次接触功分的用户,也可以迅速上手。同时,日置的PW6001还具备简单的示波器功能,电压、电流、功率波形一目了然。相关性X-Y曲线可提供2个系统参数的相关性曲线。常规的谐波分析、FFT分析、运算功能和损耗运算等也一一具备。

PW6001还具备简单的示波器功能

功率分析仪选型总结:

综上,相信聪明如您,如何选择一款合适的功率分析仪已经不再话下。总结一下:
功率分析仪是否满足当下的测试需求。通道数量和带宽。
功率分析仪的主机精度和实际精度是怎样的。
对于当下测试,功率分析仪是否具备方便性和易操作性。

日本日置功率分析仪PW3390

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