一、功率分析儀主要技術手段

　　功率分析儀主要技術手段包括時域分析和頻域分析兩大部分。

　　時域分析主要包括算術平均值、校準平均值、真有效值、有功功率、功率因數等特征值的計算及實時波形的顯示和操作。

　　頻域分析主要包括基波有效值、諧波有效值、相位差，位移因數等特征值的計算及頻譜顯示和操作。

圖1 WP4000變頻功率分析儀記錄的變壓器空載電流波形及諧波頻譜

二、功率分析儀測試參數

　　功率分析儀測試參數主要包括電壓、電流、功率、相位、位移因數、功率因數等。

1、電壓、電流真有效值及有功功率測量

　　真有效值是指電壓電流的基波、直流分量、所有諧波及間諧波的有效值的方和根，為了區別于基波或某次諧波的有效值，有時稱全波有效值。

　　有功功率是指直流分量、基波、諧波及間諧波的有功功率的算術和，為了區別于基波有功功率和諧波有功功率，有時稱總有功功率。

　　為了與傳統的基于檢波法的功率表的數值形成對比，某些功率分析儀提供了電壓、電流的校準平均值。

　　為了兼顧直流測量，某些功率分析儀還提供了電壓、電流的算術平均值。

　　銀河電氣的WP4000變頻功率分析儀對交流電量提供了真有效值(rms)、校準平均值(mean)、基波有效值(h01)、算術平均值(avg)四種特征值測量模式；對直流電量提供了真有效值(rms)和算術平均值(avg)兩種特征值測量模式。

　　此外，功率分析儀測試參數中還應提供與有功功率相關的功率因數。

　　注：對于非正弦電量測量，功率分析儀測試參數中有一個特別值得注意的參數。在正弦電路中，功率因數等于相位差的余弦，一般用cosφ表示，而非正弦電路中，功率因數只能通過下述定義式獲取：

　　PF=P/S，PF為Power Factor的縮寫，表示功率因數，P為有功功率，S為視在功率。

　　功率因數也常用λ表示。

　　非正弦電路中，cosφ稱為位移因數，φ為基波（或特定次數的諧波）電壓與基波（或特定次數的諧波）電流的相位差。當φ為基波電壓、電流相位差時，也稱基波功率因數。

　　非正弦電路中，λ不等于cosφ，一般有λ小于cosφ。

2、電壓、電流基波有效值及基波有功功率

　　變頻器輸出電量諧波含量豐富，然而，對于電機而言，能夠貢獻轉矩的主要是基波，因此，在電機試驗中，基波有效值和基波有功功率是大部分試驗的依據值，基波有效值和基波有功功率比真有效值更加重要。

　　基波功率因數（位移因數）等于基波有功功率與基波視在功率（基波電壓電流有效值乘積）的比值。

3、電壓、電流諧波幅值及諧波功率

　　電壓、電流諧波幅值通常也采用有效值表示，諧波功率通常指諧波的有功功率。

　　WP4000變頻功率分析儀未顯示每次諧波的功率，僅顯示了每次諧波電壓和諧波電流的相位，可通過諧波功率的定義式計算獲取：

　　Pn=UnIncosφn，Pn、Un、In、φn分別表示第n次諧波的有功功率、電壓有效值、電流有效值、電壓與電流的相位差。

4、諧波特征值

　　變頻電量輸出諧波頻譜復雜，除了少數研究性試驗關注具體的某次諧波之外，多數情況下更加關注諧波的整體表現，諧波的整體表現主要通過諧波特征值表示。最常用的諧波特征值為總諧波畸變率THD（Total Harmonics Distortion）和總諧波因數（total harmoni Factor，簡稱THF）。THD也稱波形畸變率，THF也稱總諧波失真。

　　除了上述兩個諧波特征值之外，某些功率分析儀還針對具體應用領域提供相關標準關注的其它諧波特征值。如AnyWay系列變頻功率分析儀還提供電機試驗相關國家標準要求的諧波電壓因數(HVF)和諧波電流因數(HCF)

5、電能質量分析等其它功能

　　部分功率分析儀為了測試方便，還提供了電能質量分析儀的電壓穩定度、電流穩定度、頻率穩定度及正序分量、負序分量、零序分量等表征三相不平衡度的參數。

圖2 功率分析儀的電能質量分析相關功能

三、功率分析儀基本功能

　　功率分析儀基本功能主要包括實現第二節所述功率分析儀測試參數的測量、計算和顯示，從分析結果表達方式看，功率分析儀基本功能主要包括：

1、常規測量

　　功率分析儀測試參數主要包括傳統功率表的測試參數：電壓、電流、頻率、功率、功率因數等，但是，測量功能比傳統功率表強大，體現在同一測量參數可以采用多種特征值表現。如電壓、電流可以采用真有效值(rms)、校準平均值(mean)、基波有效值(h01)、算術平均值(avg)四種特征值。而功率包括基波功率(h01)和總有功功率(avg)。

2、實時波形

　　觀測實時波形可以最快的速度形象地了解未知的復雜信號，建立感性認識，許多時候還可以利用觀測的波形進行故障診斷或干擾排除，實時波形屬于時域分析。

3、諧波分析

　　諧波分析屬于頻域分析方法，是包含多種頻率成分的變頻電量的基本分析方法，通常采用傅里葉變換實現復雜信號的分解。

　　目前大部分功率分析儀諧波分析最大次數在100次以內，部分進口功率分析儀可分析500次諧波。

　　實際上，對于電網諧波分析，50次就足夠了。而對于變頻器諧波分析儀，由于變頻器的基波頻率是變化的，且包含了高頻的諧波，諧波與基波的頻率比值可能達到2000以上，也就是諧波次數可能達到2000次甚至更高次（詳見“適用變頻器輸入輸出諧波檢測的諧波分析儀”）。

　　除了諧波檢測之外，基波也可以認為特殊的諧波（一次諧波），常規測量中的基波有效值及基波相位也是通過傅里葉變換獲取。電能質量分析中的各種表示諧波失真的特征值，也以傅里葉變換為基礎。

4、平均或積分功能

　　實際測量對象總是會出現不同程度的波動，對于能效計量檢測等高精度試驗，小的讀數誤差可能對結果造成較大的影響，為了獲取能夠代表波動讀數的穩定值，且穩定值應能夠代表實際信號的對結果的綜合影響。通常采取多點讀數求平均或積分求平均等數值處理方式。

　　WP4000變頻功率分析儀提供了滑動平均、指數平均、智能平均（適合疊頻法等讀數波動較大但是波動有潛在規律的場合）等方式。還可通過設置更新時間獲取等同于積分平均的效果。

圖3 WP4000變頻功率分析儀記錄的異步電機疊頻法溫升試驗的電壓、電流波形圖

5、采集與記錄

　　功率分析儀測試或計算的參數較多，采集速度快，采集和記錄幾乎是所有功率分析儀必備的功能之一。采集通常指實時采樣數據的記錄。而記錄通常指運算完畢的特征值的記錄，記錄的數據量較小，采集的數據量很大。以6功率單元，250kHz采樣頻率計算，一秒重采集的基本數據高達12M字節，1G字節磁盤空間只能存儲80秒的數據。常規的4M、8M存儲深度的錄波儀等設備往往不能滿足存儲需要。

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