一、功率計/功率分析儀的用途？

1.電能進行轉換成為電熱器、電爐的熱量、發動機的旋轉力、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或是功率分析儀。經過使用功率分析儀，能夠使用數值(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能情況。

3.需要對消耗電力的產品進行開發和評價時，功率分析儀是非常關鍵的測量儀。

二、功率分析儀/功率計的測量項目

可大致分為兩類：一種是基本項目另一種為其他的一些應用。

1、基本項目如下所示：

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、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)

2、其他應用：

1.電壓、電流波形的顯示

2.電機評價(扭矩、轉速、機械功率、效率)

三、電力中的直流電和交流電

   經常作業于電路的朋友們都知道電力中存在著直流電與交流電，二者的區別以及用途是如下所示：

1、直流電源

   周期不變、維持固定電壓的電源。直流同時也表示“DC(Direct Current)”。一般經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使用將會消耗，電壓降低，可不變的是一直是正向電壓(極性)。)

2、交流電源

   在一定的周期內，電壓的正負極(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。

3、交流電的算法及周期變化

   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：

   一般計算方式是由有功功率由電壓、電流及功率因數(相位差)計算得出。即，有功功率P＝電壓x電流x相位差(cosφ)

4、交流有效值（RMS）

1.在顯示交流電流和電壓的值時，有效值是使用率是高的，單位分別是“Arms”、“Vrms”。

2.有效值以某個大小的直流電流和電壓的做功量為基準，面對電阻施加直流電壓時的發熱量，與之施加不同波形的交流電壓時的發熱量相同時，其交流電壓的有效值與直流電壓值是一樣的。

電流&電壓除RMS以外的測量方法

RMEAN（整流平均值）

對源信號的波形得出值之后，計算平均值。

   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間內波形圍出的面積跟多大數值直流信號圍出的面積是一樣的。

MEAN（校準到有效值的整流平均值）

   測量波形值的平均值，換算成有效值表示。輸入信號為正弦波時，能夠獲得和RMS相同值的廉價測量方法。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。

DC（簡單平均值）

測量區間的單純平均值。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。

AC（交流成分）

從真實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。

實例分享：RMS值和MEAN值的對比

（當被測信號是正弦波時，MEAN值等效于RMS值）

（當被測信號為PWM波時，MEAN值與基波值相似  

Note：僅針對于正弦波調制的PWM波形）

功率的測量方式

其他測量項目

   電壓，電流，有功功率由瞬時數據運算得出。從電壓、電流、有功功率測量值運算出Q、S、λ等值，并且隨電壓/電流測量模式的不同而變化。

實例分享：單相功率測量常遇到的問題

   面對電路測試大家在剛入門的時候是不是都存在這樣的疑問：電壓、電流都是正的，功率為什么是負的?

   造成這種情況的原因是接線時將電流或是電壓的正負接反了；又或是因為某些工況下電壓和電流的方向不一致，例如電池放電、電機運行在發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際采樣值相乘之后再平均運算，所以假如電壓與電流的方向相反，計算得到的功率則是負值。

四、三相及多相交流電

1.三相３線與三相４線

五、三相交流電矢量表示法

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.當電源和負載沒有中性線時，不能測量相電壓。需要測量線電壓。

4.通常，在電機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個單相功率計進行測量的2瓦特表法。

1、三相功率測量

1.使用三相4線制系統時，三相功率測量由3個功率計測量并簡單相加。

2.面對沒有中性線的三相3線制系統，依據布朗德爾定理，三相總功率可以由2個功率計測量。（通常被成植物2瓦特表法）

布朗德爾(Blondel）定理：N相系統的功率可以用N-1個功率計測量得到。

三相3線接線（T相基準  3P3W）

2、三相不平衡的兩種解決辦法

解決辦法1

3P3W(3V3A)接線方式的補償功能，3P3W(3V3A)接線方式可以計算因為中性點泄漏電流造成的功率損失。

解決辦法2

先需要確認電壓電流是否平衡，之后再進行更加精準計算功率因數PF。

3V3A接線時的電壓接線示意圖

3V3A接線時的電流接線示意圖

3V3A接線時的電流、電壓波形顯示

實例分享：三相交流功率測試時的錯誤

   根據上述圖片可以看到問題：單元2、單元3的功率為負值，促使計算三相功率時總功率接近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為接線時將V相、W相搞混了。

4、  電能測量（積分功能）和平均功率測量

1.對功率進行積分運算，能夠計算用電設備所消耗的電能。功率分析儀可以同時顯示功率值與積分結果。

2.為何不使用對功率值進行求取平均值的方法來計算平均功率?

五、由上圖可得出以下結論：

在常規測量模式下，功率的測量存在死區時間 

在被測設備功率波動較大時，功率測量值會跳動

在通過積分功能計算整個過程的平均功率，無測量死區

實例分享：智能照明設備平均功率測量

六、測量方案如下：

1.選擇標準積分模式，設定積分定時器≥30min。

2.在功率分析儀上選擇“自定義運算” 功能，把預設好的平均功率計算公式設定為ON。

1、頻率濾波器與線路濾波器的使用

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，能夠濾除干擾噪聲或進行頻譜分析。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，及高通濾波器的通帶左邊頻點。一般以1dB或3dB相對損耗點來標準定義。

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。

2、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。如果把濾波器調至ON，測量的電流、電壓波形發生變化，對此將會對有效值的測量結果產生影響。

3、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。將濾波器調至ON，則可以比較準確地檢測出周期，可是測量的電流、電壓波形不發生變化，因此不影響有效值等的測量結果。

七、在此需要注意的是：

1.使用線路濾波器會對信號產生衰減作用，需要評估設置適當的截止頻率。

2.使用線路濾波器會對測量精度產生影響，詳細的指標請參考使用手冊。

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制波頻率的9倍至10倍以上。電壓測量才有可能會產生一定的衰減作用，可基本不會對功率測量產生影響。

4.進行諧波分析時需要獲得準確的基波頻率，需要使用頻率濾波器。

諧波測量

周期性的失真波形可用基波整數倍的頻率合成來表示。

使用FFT運算功能會把波形由時域轉換成頻域，測量各頻率成分。

假如在操作中出現諧波結果不顯示或不正確時，應該如何檢測問題，具體注意點如下：

1.確認PLL源的頻率是否正確

   PPL源即基波頻率，當信號包含高頻成分時，可能會促使沒有辦法準確測量到基波的頻率，因而產生諧波測量錯誤。此時需打開頻率濾波器。

2.確認數據更新周期

   諧波測量需求一定的周波數以進行FFT運算，數據更新周期太快，將有可能導致周波數不夠，從而沒有辦法正確進行諧波測量。

3.確認PLL源量程

   被選作PLL源的信號，其幅值至少為所設置的測量量程的50%。若無法測到諧波時，請減小量程至合適的檔位。

影響功率測量的主要因素

功率測量不只是對電壓、電流的測量

   為了進行精準的功率測量，不單是對精準測量電壓和電流，而是一定要把功率的精度當做一個整體加以考慮。峰值因數、相位角誤差、溫度范圍、預熱時間、穩定周期和共模抑制等參數都將影響到功率測量的總體精度，因此要更加規范，并在測量時按照步驟進行實施。

1、精度的有效性

1.功率測量儀器制造商在其產品數據手冊上填寫的精度“典型值”一般是基于產品的期望值或統計值，并不是保證精度。這些數據并不是100%有保證，在沒有校準的情況下更是如此。

2.功率測量的精度則會依據測量范圍有所改變。例如量程、頻率范圍等，任何規定的精度值都應該有相應的有效范圍。一些儀器的“典型值”很吸引人，但是需要特別小心，因為它們的精度可能沒有保證或只有在特定的點有效。

八、電流傳感器的用途

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。霍爾效應傳感器將跟隨著時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，除此之外還可同時測量直流和交流信號，因為交流應用中也會有直流分量，因此十分的關鍵。

1、溫度的影響

1.電路在不同溫度時所呈現出的情況也各不相同， 所以溫度系數可以表示出環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。

2、相位誤差的影響

1.每臺功率計都存在著相位誤差，這是由輸入阻抗和分流器引起的。

2.當使用外部傳感器時，傳感器之間的性能差異也會增大相位誤差。