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为什么使用功率分析仪进行直流测量
上传时间:24-02-16

发布时间:2022年10月24日                 作者:德国GMC-I高美测仪(上海电励士)

为什么使用功率分析仪进行直流测量?

功率分析仪测量直流电流的方法

功率测量需求的增加并不会自动转化为对功率分析仪需求的增加。由于直流功率很容易计算——无需考虑相角,功率因数等——为什么首选使用功率分析仪,而不是选择更便宜的万用表?有几个很好的理由:

• 可用性: 分别测量和相乘电压和电流可能很麻烦且容易出错。功率分析仪具有出色的易用性。
• 衍生值: 通常,测量的直流功率需要对应的交流功率(直流转交流,反之亦然)进行设置,以确定效率。在这一点上,无论如何都需要真正的功率分析仪,那么为什么不一举两得呢?
• 带宽: 要测量的直流信号很少没有交流成分。通常,DC-DC转换器或整流器的开关频率会产生叠加的残余纹波。根据电压和电流之间的相位关系,这种纹波可能会影响整体功率。虽然其的规模可能很小,但当考虑效率>95%时,它可能会变得很大。

6 个 S 通道的LMG671功率分析仪的后面板

图1:配备 6 个 S 通道的 LMG671 的后面板

功率测量交流和直流测量有何不同
在确定了这种新模式下对使用功率分析仪的持续需求后,我们需要仔细研究具体细节。当今的数字测量仪器都是基于电压和电流采样值的计算。最大信号幅值需要正确映射到模/数转换器的输入范围,否则信号将被削波,从而导致测量无效。

在交流的世界中,人们通常考虑RMS值,因此为了避免削波,需要考虑峰值与RMS值的比值。该比值称为波峰因数,对于通常的正弦波电网电压,可以给出为image≈1.414。因此,230 V的典型真有效值电网电压映射到325 V峰值。然而,一旦信号失真,实际峰值可能会高得多。为了避免用户的不适应,确定使用RMS值作为标称值来标记测量量程档。因此,在测量230 V电网电压时,用户只需选择250 V量程档位,而无需在相应的400 V峰值上浪费任何想法。虽然电压波峰因数通常接近image,但高达4的电流波峰因数并不罕见。测量量程的标称值和峰值之间的差异需要考虑到这些情况。

相同RMS值和不同波峰因数的两个信号的比较

图2:具有相同RMS值和不同波峰因数的两个信号的比较

在DC领域,情况非常不同。RMS值和峰值通常非常接近,波峰因子接近1。即使对于高达350 V的直流电压,选择400 V峰值测量范围也不会感到不自然。50V裕量足以覆盖任何预期的纹波电压。选择250 V量程档(如上所述,采用AC量程命名方法)来测量350 V将感觉非常奇怪。直观地说,选择下一个量程——峰值为800 V的400 V量程——将导致非常不理想的利用率,并且不必要地增加测量不确定性。

这个例子表明,在为测量量程选择有意义的名称(数值)时,没有简单的方法来协调交流和直流测量的需求。导致直流信号最佳利用的量程将有削波交流信号峰值的风险,反之,具有交流所需安全裕度的测量量程将导致直流电精度欠佳。

唯一的出路:为交流和直流信号提供不同的范围类型

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