功率分析儀最大峰值因數(shù)的真實(shí)含義
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- 發(fā)布時(shí)間:2013/11/21 12:36:14
- 作者:AnyWay中國
一、峰值因數(shù)的含義
某些
功率分析儀將可測量
峰值因數(shù)作為重要特點(diǎn)進(jìn)行宣傳。例如:某高精度
功率分析儀標(biāo)稱最大可測量
峰值因數(shù)為6,另一高精度功率分析儀則標(biāo)稱最大可測量峰值因數(shù)為10,將最大可測量峰值因數(shù)作為技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行對比。
那么,是不是后者的測試能力更強(qiáng)、性能更加優(yōu)越、或適用面更廣?
要對該問題作出判斷,必須真正理解了峰值因數(shù)的含義和高峰值因數(shù)對功率分析儀的測量要求。
峰值因數(shù)是指被測信號(hào)的瞬時(shí)值的峰值與有效值的比值。如:
正弦波的峰值因數(shù)為根號(hào)2(約等于1.414);
鋸齒波和三角波的峰值因數(shù)為根號(hào)3;
直流波形或?qū)ΨQ交流方波具有最低的峰值因數(shù),其峰值因數(shù)為1。
圖1 峰值因數(shù)的定義
傳統(tǒng)的交流電測儀表就是利用正弦波峰值因數(shù)為1.414的特點(diǎn),采用峰值檢波電路將交流電參量轉(zhuǎn)變?yōu)榕c波形峰值成正比的直流電壓信號(hào),再依據(jù)正弦波峰值因數(shù)反算出被測電參量的有效值。因此,該類電測儀表只能滿足正弦波的測量需要。
功率分析儀一般適用標(biāo)稱帶寬內(nèi)任意波形電參量的測量。不同波形的電參量具有不同的峰值因數(shù),對功率分析儀的測量要求有所不同,相同功率分析儀對不同峰值因數(shù)的電參量測量精度也有所不同。
二、高峰值因數(shù)對功率分析儀的測量要求
計(jì)算機(jī)通常采用開關(guān)電源供電,開關(guān)電源輸入側(cè)的二極管整流電路導(dǎo)致輸入電流產(chǎn)生較大的畸變,電流波形的峰值因數(shù)高達(dá)2.4~2.6,因此,一般UPS要求可驅(qū)動(dòng)峰值因數(shù)為3的負(fù)載。
6或10的高峰值因數(shù)波形,一般發(fā)生在變頻器輸出的PWM波。理論上,PWM波的峰值因數(shù)可達(dá)無窮大。因?yàn)镻WM波在輸出不同基波有效值電壓時(shí),其峰值始終保持不變,因此,輸出電壓基波有效值越低,峰值因數(shù)越高。以額定電壓690V的變頻器為例,輸出電壓(基波有效值)690V時(shí),峰值因數(shù)接近正弦波峰值因數(shù)1.414,而輸出電壓為69V時(shí),峰值因數(shù)接近14.14,輸出電壓為6.9V時(shí),峰值因數(shù)接近141.4!
圖2 二極管整流類設(shè)備輸入電流具有較高的峰值因數(shù)
事實(shí)上,上述標(biāo)稱最大峰值因數(shù)為6或10的功率分析儀,均可對更高峰值因數(shù)的波形進(jìn)行測量,只是功率分析儀的測量原理不同時(shí),儀器設(shè)置和測量精度有所不同。
PWM波的峰值因數(shù)較高時(shí),調(diào)制比較小,脈沖寬度較窄,因此,有一種觀點(diǎn)認(rèn)為,高峰值因數(shù)的PWM波,要求更高的帶寬和采用頻率。
實(shí)際上,這僅僅是局限于直觀、簡單的時(shí)域理解,對于PWM波而言,載波頻率確定了,其諧波分布和諧波頻率就基本確定,如果我們關(guān)注的諧波頻率是固定的,那么,測量帶寬和采樣頻率與調(diào)制比無關(guān)。
峰值因數(shù)的影響體現(xiàn)為:
1、高峰值因數(shù)(低調(diào)制比)時(shí),基波含量變大,高次諧波相對含量較小,受帶寬限制不能準(zhǔn)確測量影響帶來的影響較??;低峰值因數(shù)(高調(diào)制比)時(shí),基波含量變小,高次諧波相對含量變大,受帶寬限制不能準(zhǔn)確測量影響帶來的影響較大。如果上述高次諧波不是關(guān)注對象,由此帶來的影響可以忽略。
2、信號(hào)基波頻率是FFT算法的重要輸入?yún)?shù),基波頻率測量錯(cuò)誤或不準(zhǔn)確,將導(dǎo)致FFT運(yùn)算結(jié)果的錯(cuò)誤或不準(zhǔn)確。峰值因數(shù)越高,波形畸變越大,準(zhǔn)確測量基波頻率的難度越大。
3、相同的有效值的PWM電壓,峰值因數(shù)越高,峰值越大,需要采用更大的量程測量,測量精度下降。目前大部分功率分析儀具有自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程功能,自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程的依據(jù)是信號(hào)有效值,這樣,當(dāng)被測信號(hào)的峰值因數(shù)高于儀器默認(rèn)的峰值因數(shù)時(shí),會(huì)導(dǎo)致量程轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤。例如:某功率分析儀具有1000V、600V、300V的量程,量程對應(yīng)峰值因數(shù)為1.5。被測變頻器的額定電壓為690V。由于變頻器輸出為PWM波,正確的量程轉(zhuǎn)換方案下,不論變頻器輸出電壓為多少,都應(yīng)該采用1000V的量程進(jìn)行測量。采用有效值作為量程轉(zhuǎn)換依據(jù)的功率分析儀,當(dāng)輸出電壓低于600V時(shí),會(huì)出現(xiàn)量程轉(zhuǎn)換失誤,由于PWM波為方波,削波后波形不變,但是,幅值按比例下降,一般不易察覺。
三、理想的峰值因數(shù)處理方案
AnyWay系列
變頻功率分析儀采用
無縫量程轉(zhuǎn)換方案,按照被測信號(hào)的瞬時(shí)值進(jìn)行量程切換,可以適用任意峰值因數(shù)波形的測量。無需根據(jù)峰值因數(shù)大小選擇功率分析儀的量程,不會(huì)因?yàn)榱砍踢x擇不當(dāng)導(dǎo)致波形被削波造成錯(cuò)誤測量結(jié)果。
圖3 適用任意峰值因數(shù)測量的WP4000變頻功率分析儀