基于功率分析仪的有功功率测量原理和方法研究

随着控制技术的发展，电压、电流的调制信号得到更广泛的应用。如果信号带有较高的谐波含量，传统的有功功率测量方法将难以精确测量，本文基于功率分析仪的有功功率测量原理，结合在变频器领域的测量应用进行简单介绍。

一、最常用的有功功率测量方法

1、相位法

通过相位测量电路测量电压、电流的相位差，再根据正弦电路有功功率计算公式P=UIcosφ计算出有功功率。

由于有功功率计算公式P=UIcosφ是在正弦电路技术上推导出来的，该方法只适用于正弦电路的有功功率测量。

另外，由于相位测量电路通常采用过零检测法，而交流电零点附近不可避免会有一定的毛刺，因此，相位测量精度较低。在低功率因数下的功率测量准确度亦较低。

2、模拟乘法器法

采用模拟乘法器获取电压、电流的乘积，得到瞬时功率，再用固定的时间对瞬时功率进行积分，即可获得瞬时功率的平均值，也就是有功功率。该方法适用任意波形电量的有功功率测量。

二、功率分析仪的测量基本原理

以功率分析仪PA8000为例，测量的基本原理如下：

功率分析仪采样电流和电压信号

功率分析仪的每个测量通道，对输入的电流或者电压信号进行采样，对采样得到的数据按照特定公式计算得到结果。

其中u（n）为更新周期内采集的电压信号数据（瞬时数据），i（n）为更新周期内采集的电流信号数据（瞬时数据），u（n）和i（n）为同一时刻的采样数据。

三、有功功率的测量方法在变频器的应用

变频器的主电路一般为“交—直—交”组成，在整流回路中接有大电容，输入电流的波形不是正弦波;在逆变输出回路中，输出电压信号时受PWM载波信号调整的波形，即输入输出都不是标准的正弦波，有较多的高次谐波含量。

变频器典型的输入测波形如下：

对输入测得有功率，传统的计算公式为：

P=Urms*Irms*cosφ

其中P为有功功率;Urms为电压有效值;Irms为电流有效值;φ为电压电流夹角。

但是，变频器的输入电流含有高次谐波，很难测量出相位角，PA8000功率分析仪采用数字采用方法，即模拟乘法器法，对指定的有效周期内获取的瞬时电压、电流的乘积，再用固定的时间对瞬时功率进行积分，即可获得瞬时功率的平均值，也就是有功功率，如下图：

同样，对变频器的输出侧，电压是频率可调的载波信号，含有较多的高次谐波，如下图：

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