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功率分析儀帶寬高于采樣率,真的能準確測量嗎?

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  • 發(fā)布時間:2015/9/6 14:23:00
  • 作者:ljl_yinhe

問題的提出

  目前市面上部分功率分析儀標稱的帶寬高于采樣頻率,似乎不受奈奎斯特定理對于采樣頻率與帶寬的限制,其實,是由于其采用了等效采樣的方式,實現(xiàn)相對低采樣率對高頻信號的采集,變相的達到了拓寬分析儀帶寬的目的。那等效采樣是否有那么神奇,對于我們以精確可靠測量為目的的功率分析儀來說,采用等效采樣的方式,能準確測量嗎?

  首先給出答案:

  等效采樣,確實是一種數(shù)字采樣手段,是高速示波器的關鍵技術之一。

  但是,采用等效采樣方式的功率分析儀只能測量特定的信號,并不適用于所有信號的測量,特別是變頻電量測量領域。

等效采樣原理

  下面從等效采樣原理的示意圖來分析,如圖1所示。

周期信號等效采樣示意圖

  圖1 周期信號等效采樣示意圖

  為了直觀表述,以采集兩個周期信號為例。在第一個周期采樣若干個點(紅色點表示),在第二個周期延時ΔT后,采樣若干個點(藍色點表示),由于波形是周期重復的,前后兩個周期采樣得到的信息都能代表同一個波形,所以將前后兩個周期的采樣點重組,可以很好的還原被測信號。

  當相鄰的兩個波形不一樣,采用等效采樣必然會出現(xiàn)錯誤。所以,等效采樣對被測信號有著嚴格的要求:必須是周期性重復信號。

對變頻器的輸出采用等效采樣

  對變頻器輸出的固定頻率(周期)PWM波,采用等效采樣,如圖2所示。

周期PWM波的等效采樣

  圖2周期PWM波的等效采樣

  變頻器主要應用于電機的變頻調速,通過調節(jié)輸出PWM波的基波頻率,實現(xiàn)電機的轉速調節(jié)。在電機調速(改變基波頻率)的過程中,變頻器的開關頻率并不一定是基波頻率的整數(shù)倍,特別是固定開關頻率的變頻器,其輸出波形中相鄰兩個周期的波形必然是不一樣的,也就是非周期PWM波。

  對于非周期PWM,采用等效采樣,如圖3所示。

非周期PWM波的等效采樣

  圖3 非周期PWM波的等效采樣

  從圖3可以看到,對于非周期的PWM波采用等效采樣,出現(xiàn)了較大的誤差甚至錯誤。

結語

  在變頻電量測量領域,所面對的測量對象,基本沒有嚴格的周期信號,采用等效采樣的功率分析儀,會產(chǎn)生一定程度的信號失真,影響測量的準確性和正確性。


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