功率測量方法解析：從原理到應用

　　隨著控制技術的發展，電壓、電流的調制信號得到更廣泛的應用。如果信號帶有較高的諧波含量，傳統的有功功率測量方法將難以精確測量，本文基于功率分析儀的有功功率測量原理，結合在變頻器領域的測量應用進行簡單介紹。

　　一、最常用的有功功率測量方法

　　1、相位法

　　通過相位測量電路測量電壓、電流的相位差，再根據正弦電路有功功率計算公式P=UIcosφ計算出有功功率。

　　由于有功功率計算公式P=UIcosφ是在正弦電路技術上推導出來的，該方法只適用于正弦電路的有功功率測量。

　　另外，由于相位測量電路通常采用過零檢測法，而交流電零點附近不可避免會有一定的毛刺，因此，相位測量精度較低。在低功率因數下的功率測量準確度亦較低。

　　2、模擬乘法器法

　　采用模擬乘法器獲取電壓、電流的乘積，得到瞬時功率，再用固定的時間對瞬時功率進行積分，即可獲得瞬時功率的平均值，也就是有功功率。該方法適用任意波形電量的有功功率測量。

　　二、功率分析儀的測量基本原理

　　以功率分析儀PA8000為例，測量的基本原理如下：

　　功率分析儀采樣電流和電壓信號

　　功率分析儀的每個測量通道，對輸入的電流或者電壓信號進行采樣，對采樣得到的數據按照特定公式計算得到結果。

　　其中u(n)為更新周期內采集的電壓信號數據(瞬時數據)，i(n)為更新周期內采集的電流信號數據(瞬時數據)，u(n)和i(n)為同一時刻的采樣數據。

　　三、有功功率的測量方法在變頻器的應用

　　變頻器的主電路一般為“交—直—交”組成，在整流回路中接有大電容，輸入電流的波形不是正弦波;在逆變輸出回路中，輸出電壓信號時受PWM載波信號調整的波形，即輸入輸出都不是標準的正弦波，有較多的高次諧波含量。

　　變頻器典型的輸入測波形如下：

　　對輸入測得有功率，傳統的計算公式為：

　　P=Urms*Irms*cosφ

　　其中P為有功功率;Urms為電壓有效值;Irms為電流有效值;φ為電壓電流夾角。

　　但是，變頻器的輸入電流含有高次諧波，很難測量出相位角，PA8000功率分析儀采用數字采用方法，即模擬乘法器法，對指定的有效周期內獲取的瞬時電壓、電流的乘積，再用固定的時間對瞬時功率進行積分，即可獲得瞬時功率的平均值，也就是有功功率，如下圖：

　　同樣，對變頻器的輸出側，電壓是頻率可調的載波信號，含有較多的高次諧波，如下圖：