发布时间：2022年10月09日                       作者：德国GMC-I高美测仪（上海电励士）

数字功率计功率同步机制五种类型详解

1、功率同步机制五种同步类型

为确保测量结果不是异步的，存在五种不同类型的同步：周期时间同步、频率同步、能量累积测量同步、瞬态同步和时间同步。

周期时间同步是将新周期的开始分配给所有仪器。周期时间同步是测量仪器成功同步的主要步骤，也是最重要的步骤。然而，在特定应用可能需要更多同步类型。每种同步类型都独立于其他同步类型。例如，可以在不同步周期时间的情况下同步频率。

1.1 同步连接接口

LMG600数字功率计配有15针同步连接接口。所有连接的信号都可以设置为输入或输出，并可用于控制其他设备或通过它们进行控制。引脚Sync_Energy_I/O、Sync_Frequency_I/O、Sync_Cycle_I/O、Sync_Transient_I/O和Sync_Time_I/O分别用于同步能量测量、频率、周期时间、瞬态和时间的同步。

1.2  频率同步

对于频率同步，每个设备上的每个组都可以同步到一个公共信号。例如：

★ 第一台仪器的第一组的频率被设置为一个信号，例如U1。

★ 第二台仪器的第一组的频率设置为外部。然后，它的输入是来自第一台仪器并被设置为相同的信号U1。只有第一组的信号可以设置为第二台仪器的输入。

★ 时间效应，即不同设备信号之间的时间差，非常小，可以忽略不计。

★ 在LMG600数字功率计的“Group组”菜单可以选择同步源，来监控频率的调整。该源可以设置为来自当前或者任意其他组和外部的电压或电流通道。

★ 需要频率同步的典型应用示例是不间断电源（UPS）。UPS是维持设备供电的装置，是转换器、开关和储能设备的组合。

图6：UPS系统上的时间延迟

对于大多数UPS系统，需要无缝转换，并且输入频率应与输出频率同步。输入和输出之间存在相角差指示时移/延迟，并且需要测量此时间延迟。为了使两个信号的速率完全相同，主设备的频率（fA）是从设备的输入（fB = fA）。然后，LMGA测量输入和相应的相角，LMGB测量输出和与输入之间的相角。

1.3 功率分析仪同步机制之周期时间同步

周期时间粗略地定义了获取数值/测量结果的频率（平均）。为了从多个LMG设备同时准确地生成测量值，周期时间必须完全相同。周期时间同步具有主/从功能。周期时间在主设备上定义，其余/从设备设置为“外部”，并由主设备控制。

下图是一个仪器的不同组信号或不同仪器和不同频率的信号之间的周期时间同步示例。 在LMG功率分析仪上的“Instrument仪器”菜单下，可以设置周期时间并将其应用于设备的所有信号和组，并通过主/从操作应用到其他设备。

图 7：周期时间同步

如上图所示，每次当前周期结束既新周期的开始，直到测量到每个信号的最后一个过零点。根据信号的频率，时间差（Snippet片段）会有所不同。也有可能在每个周期时间测量不同数量的信号周期。例如，图上信号3的两个周期在第一个周期内测量，而在第二个周期中测量三个周期。

重要的是要理解片段并不意味着测量误差，而是各种测量结果来自略有不同的时间间隔。如果问题是我们如何精确地同时测量：答案是没有物理方法可以实现100%同步，而只有几乎同步的信号。

使用LMG600数字功率计，测量是无间隙的。当测量周期结束时，完成的周期用于计算测量值，未完成的周期用作下一个周期采样的起始值。比如以50ms的周期时间测量周期为20ms的信号，则实际测量时间在40ms和60ms之间交替。没有片段就没有无间隙的测量！

使用DURNORM命令读取每个周期的实际持续时间。通过在DURNORM命令后添加通道数字来读取每个通道的测量时间（例如DURNORM2）。每个组的测量时间都不同 。

1.4 功率分析仪同步机制之能量测量同步

为了执行能量测量，应定义开始时间和测量持续时间。测量持续时间取决于周期模式，当选择固定间隔周期模式时，它是周期时间的整数。同样，当周期模式分别设置为“Hram谐波”或“Scope示波”时，它取决于谐波分析的周期长度或真实采样率。该仪器只将完整的周期用于能量计算。

在下图中，描述了一台仪器中的能量测量。

图 8：能量测量

应用的持续时间是通过用户的外部I/O定义的。我们可以注意到：

★ 测量开始的周期包含在实际测量中

★ 则积分时间相应地调整

★ 测量停止的周期不包括在实际测量中

★ 应用持续时间和实际持续时间之间存在时间差

如果能量测量在周期开始时开始，则不存在时间不确定性。但是，如果能量测量在一个周期结束时开始，则整个周期将包含在实际测量持续时间中。同样，如果能量测量在新周期开始时停止，则实数和应用持续时间之间没有差异，不确定性等于0。如果能量测量在周期结束时停止，则该周期不包括在能量测量中。

能量测量的时间不确定性最大值等于：

在能量测量期间，在能量测量开始的周期和能量测量停止的周期间存在周期误差。欲了解更多信息，请参阅应用文章“使用LMG600精密功率分析仪进行能量测量”。

要同步两台设备的能量测量，应将从设备能量菜单上的控制模式设置为外部。同步连接接口上的控制信号是开始测量所必需的，其由主设备提供。

★ 在“enegy能量”菜单，将主设备的“Control Mode控制模式”设置为“Direct直接”，并将从设备的“Control Mode控制模式”设置为“External外部”。在从设备上按启动。在主设备上按启动时，两台设备中的能量测量都将开始。监视持续时间的微小差异。

1.5 瞬态同步

瞬态同步是指瞬态事件的开始时间的同步。选择为输入时，上升沿会触发仪器中的瞬态记录。选择为输出时，上升沿表示仪器中触发了瞬变。0.1ms后，信号变回0。

1.6 效率

我们已经看到，在实际系统中，完美的同步是不可能的，同步设备之间总是存在时间延迟“snippet片段”。这也会影响效率测量，并可能导致效率测量高于实际值甚至高于1。输入和输出功率测量来自略有不同的时间间隔。这与系统中的节能设备（例如电容器，电机绕组）相结合，可能会导致错误的效率结果。

让我们假设一个系统，其中一台仪器测量交流输入，另一台仪器测量直流输出。交流输入具有50Hz频率，20ms周期（T），周期时间设置为60ms。50 ms后，额外的负载接通到输出端，电流从0.05A增加到0.5A。然后输入电流将从0.1A（峰值）增加到1.5A（峰值）。

图 9：片段对效率测量的影响

在周期时间同步期间，信号被测量直到周期内最后一次正过零。在周期时间n期间仅测量输入电流的两个周期，而在周期时间n+1上测量片段。片段是输入和输出之间的时间延迟。

在周期时间n结束时，恰好输出电流高于输入电流，这导致效率高于1。在下一个周期中，这种能量泄漏被修复。