一、功率计/功率分析仪的用途？

1.电能进行转换成为电热器、电炉的热量、发动机的旋转力、荧光灯或水银灯的光能等所需的能量。

2.测量用电工具电功率的测量仪器称之为功率计或是功率分析仪。经过使用功率分析仪，能够使用数值(电功率值)的形式检测到肉眼观察不到的信号(电功率)，从而知道此电功率值的增减，然后可掌握电器的性能还有节能情况。

3.需要对消耗电力的产品进行开发和评价时，功率分析仪是非常关键的测量仪。

二、功率分析仪/功率计的测量项目

可大致分为两类：一种是基本项目另一种为其他的一些应用。

1、基本项目如下所示：

1.电压/电流(rms值、mean值、DC值、交流成分)、功率(有功功率、视在功率、无功功率)、功率因数、相位角、效率

2.电压或电流的频率(交流场合)

3.电流积分(Ah)、有功功率积分(Wh)测量

4.谐波(电压/电流有效值、功率基波成分、各次谐波成分、总谐波含量)

2、其他应用：

1.电压、电流波形的显示

2.电机评价(扭矩、转速、机械功率、效率)

三、电力中的直流电和交流电

   经常作业于电路的朋友们都知道电力中存在着直流电与交流电，二者的区别以及用途是如下所示：

1、直流电源

   周期不变、维持固定电压的电源。直流同时也表示“DC(Direct Current)”。一般经常见到的直流电源例如：干电池、蓄电池。(干电池或是蓄电池持续使用将会消耗，电压降低，可不变的是一直是正向电压(极性)。)

2、交流电源

   在一定的周期内，电压的正负极(极性)变化的电源。交流也将表示为“AC(Alternating Current”)。例如在家庭使用的或是工厂的用电都属于交流电，其按照正弦波的波形周期性变化。

3、交流电的算法及周期变化

   上面我们说到家庭和工厂用电属于交流(Alternating Current)。交流电的电压和电流依照正弦波周期性变化。其演示图如下所示：

   一般计算方式是由有功功率由电压、电流及功率因数(相位差)计算得出。即，有功功率P＝电压x电流x相位差(cosφ)

4、交流有效值（RMS）

1.在显示交流电流和电压的值时，有效值是使用率是高的，单位分别是“Arms”、“Vrms”。

2.有效值以某个大小的直流电流和电压的做功量为基准，面对电阻施加直流电压时的发热量，与之施加不同波形的交流电压时的发热量相同时，其交流电压的有效值与直流电压值是一样的。

电流&电压除RMS以外的测量方法

RMEAN（整流平均值）

对源信号的波形得出值之后，计算平均值。

   在此需要注意的是：※整流平均值即可简单理解为表示此一交流电在全波整流后在相同时间内波形围出的面积跟多大数值直流信号围出的面积是一样的。

MEAN（校准到有效值的整流平均值）

   测量波形值的平均值，换算成有效值表示。输入信号为正弦波时，能够获得和RMS相同值的廉价测量方法。公式如下所示：

   在此需要注意的是：※对于正弦波，MEAN值与RMS值为相同值；对于失真波形，则为不同值。

DC（简单平均值）

测量区间的单纯平均值。公式如下：

在此需要注意的是：※DC模式一般常用于测量直流信号或交流信号中的直流偏置。

AC（交流成分）

从真实有效值的平方减去直流分量的平方所得值的根。仅显示交流分量的值。

实例分享：RMS值和MEAN值的对比

（当被测信号是正弦波时，MEAN值等效于RMS值）

（当被测信号为PWM波时，MEAN值与基波值相似  

Note：仅针对于正弦波调制的PWM波形）

功率的测量方式

其他测量项目

   电压，电流，有功功率由瞬时数据运算得出。从电压、电流、有功功率测量值运算出Q、S、λ等值，并且随电压/电流测量模式的不同而变化。

实例分享：单相功率测量常遇到的问题

   面对电路测试大家在刚入门的时候是不是都存在这样的疑问：电压、电流都是正的，功率为什么是负的?

   造成这种情况的原因是接线时将电流或是电压的正负接反了；又或是因为某些工况下电压和电流的方向不一致，例如电池放电、电机运行在发电模式等有效值的算法是平方之后再开方，所以不管怎么接线，都只是正值。

   功率的算法是电压与电流的实际采样值相乘之后再平均运算，所以假如电压与电流的方向相反，计算得到的功率则是负值。

四、三相及多相交流电

1.三相３线与三相４线

五、三相交流电矢量表示法

1.一般三相交流电每相电压偏移120°。矢量图如下所示。

2.各相的电压称为相电压，各相间的电压称为线电压。

3.当电源和负载没有中性线时，不能测量相电压。需要测量线电压。

4.通常，在电机测试中会测量线电压。

5.测量三相交流功率可以采用使用2个单相功率计进行测量的2瓦特表法。

1、三相功率测量

1.使用三相4线制系统时，三相功率测量由3个功率计测量并简单相加。

2.面对没有中性线的三相3线制系统，依据布朗德尔定理，三相总功率可以由2个功率计测量。（通常被成植物2瓦特表法）

布朗德尔(Blondel）定理：N相系统的功率可以用N-1个功率计测量得到。

三相3线接线（T相基准  3P3W）

2、三相不平衡的两种解决办法

解决办法1

3P3W(3V3A)接线方式的补偿功能，3P3W(3V3A)接线方式可以计算因为中性点泄漏电流造成的功率损失。

解决办法2

先需要确认电压电流是否平衡，之后再进行更加精准计算功率因数PF。

3V3A接线时的电压接线示意图

3V3A接线时的电流接线示意图

3V3A接线时的电流、电压波形显示

实例分享：三相交流功率测试时的错误

   根据上述图片可以看到问题：单元2、单元3的功率为负值，促使计算三相功率时总功率接近0。

   分析的原因如下：观察三相电压、电流的波形，可以看到电流波形相位顺序正常，电压波形U2、U3的顺序相反。 排查电压的接线后根本原因是因为接线时将V相、W相搞混了。

4、  电能测量（积分功能）和平均功率测量

1.对功率进行积分运算，能够计算用电设备所消耗的电能。功率分析仪可以同时显示功率值与积分结果。

2.为何不使用对功率值进行求取平均值的方法来计算平均功率?

五、由上图可得出以下结论：

在常规测量模式下，功率的测量存在死区时间 

在被测设备功率波动较大时，功率测量值会跳动

在通过积分功能计算整个过程的平均功率，无测量死区

实例分享：智能照明设备平均功率测量

六、测量方案如下：

1.选择标准积分模式，设定积分定时器≥30min。

2.在功率分析仪上选择“自定义运算” 功能，把预设好的平均功率计算公式设定为ON。

1、频率滤波器与线路滤波器的使用

滤波器的用途及使用如下：

1.滤波器是一种选频装置，能够使信号中特定的频率成分通过，在某种范围内极大地衰减掉其他频率成分。

2.采用滤波器的选频特性，能够滤除干扰噪声或进行频谱分析。譬如：去除电源中的高频噪声

3.截止频率(Cutoff Frequency)：指低通滤波器的通带右边频点，及高通滤波器的通带左边频点。一般以1dB或3dB相对损耗点来标准定义。

WT系列配备了两种滤波器。接下来简单讲解一下各自的不同之处。

2、线路滤波器 Line Filter的用途及使用如下：

   在此是去除输入信号的高频成分的滤波器。减少了转换器波形或偏斜波形等高频成分，能够测量电压、电流、电功率。如果把滤波器调至ON，测量的电流、电压波形发生变化，对此将会对有效值的测量结果产生影响。

3、频率滤波器 Freq Filter的用途及使用如下：

   也可以称之为零滤波器。此滤波器除去输入信号中输往频率测量电流的信号的高频成分，用于检测出周期。将滤波器调至ON，则可以比较准确地检测出周期，可是测量的电流、电压波形不发生变化，因此不影响有效值等的测量结果。

七、在此需要注意的是：

1.使用线路滤波器会对信号产生衰减作用，需要评估设置适当的截止频率。

2.使用线路滤波器会对测量精度产生影响，详细的指标请参考使用手册。

3.对于变频器PWM电压测量来说，假如一定要开启线路滤波器去除高频干扰的话，通常需要保证线路滤波器的截止频率至少是调制波频率的9倍至10倍以上。电压测量才有可能会产生一定的衰减作用，可基本不会对功率测量产生影响。

4.进行谐波分析时需要获得准确的基波频率，需要使用频率滤波器。

谐波测量

周期性的失真波形可用基波整数倍的频率合成来表示。

使用FFT运算功能会把波形由时域转换成频域，测量各频率成分。

假如在操作中出现谐波结果不显示或不正确时，应该如何检测问题，具体注意点如下：

1.确认PLL源的频率是否正确

   PPL源即基波频率，当信号包含高频成分时，可能会促使没有办法准确测量到基波的频率，因而产生谐波测量错误。此时需打开频率滤波器。

2.确认数据更新周期

   谐波测量需求一定的周波数以进行FFT运算，数据更新周期太快，将有可能导致周波数不够，从而没有办法正确进行谐波测量。

3.确认PLL源量程

   被选作PLL源的信号，其幅值至少为所设置的测量量程的50%。若无法测到谐波时，请减小量程至合适的档位。

影响功率测量的主要因素

功率测量不只是对电压、电流的测量

   为了进行精准的功率测量，不单是对精准测量电压和电流，而是一定要把功率的精度当做一个整体加以考虑。峰值因数、相位角误差、温度范围、预热时间、稳定周期和共模抑制等参数都将影响到功率测量的总体精度，因此要更加规范，并在测量时按照步骤进行实施。

1、精度的有效性

1.功率测量仪器制造商在其产品数据手册上填写的精度“典型值”一般是基于产品的期望值或统计值，并不是保证精度。这些数据并不是100%有保证，在没有校准的情况下更是如此。

2.功率测量的精度则会依据测量范围有所改变。例如量程、频率范围等，任何规定的精度值都应该有相应的有效范围。一些仪器的“典型值”很吸引人，但是需要特别小心，因为它们的精度可能没有保证或只有在特定的点有效。

八、电流传感器的用途

1.电流传感器作为功率测量仪器的附件常常被使用到，这表示着传感器的误差将与电压输入和分流器的误差相叠加，因此所选传感器的幅度和相位误差要与高精度功率分析仪相匹配。

2.市面上有很多不同类型的电流传感器，高精度功率测量常用的是零磁通传感器。霍尔效应传感器将跟随着时间的推移而逐渐饱和，罗氏线圈传感器精度较低。零磁通传感器能够提供更高的精度，除此之外还可同时测量直流和交流信号，因为交流应用中也会有直流分量，因此十分的关键。

1、温度的影响

1.电路在不同温度时所呈现出的情况也各不相同， 所以温度系数可以表示出环境温度对仪器带来的影响。仪器的温度范围越宽越好。

2.举例来说，温度范围指标为23℃±5℃的仪器承受温度变化的能力高于23℃±2℃的仪器。

3.与那些温度范围小、在温度范围之外性能无法保证的仪器不同，具有较宽温度范围的仪器不需要昂贵的冷却解决方案。

2、相位误差的影响

1.每台功率计都存在着相位误差，这是由输入阻抗和分流器引起的。

2.当使用外部传感器时，传感器之间的性能差异也会增大相位误差。