功率分析儀選型基礎(chǔ)知識_了解被測電量特征

　　觀測者、被測對象、測量儀器、測量方法、測量條件等構(gòu)成了測量五要素。完成一次正確的測量，測量五要素一個都不能少。其中，觀測者據(jù)五要素之首，不但是五要素之一，還必須清除另外四個要素對測量結(jié)果的影響。

　　在功率分析儀選型時(shí)，選型者本身可能就是今后實(shí)施測量的觀測者，不論是還是不是，都必須考慮另外四要素對觀測者的要求。

　　現(xiàn)在要問的是，您是否知道選購的功率分析儀的測量對象是什么呢？

　　您可能會認(rèn)為，這個問題過于簡單，測量對象不就是功率嗎？全面點(diǎn)講，還包括電壓、電流等其它對象，再細(xì)分，功率可以分為有功功率、無功功率和視在功率。

　　如果您真的是這么認(rèn)為，那么，本文或許對您有幫助，至少，本文會告訴您，這個問題不是這么簡單！

　　測量的目的是人類認(rèn)知自然的一種重要方式，沒有測量就沒有科學(xué)。JJF1001-2011通用計(jì)量術(shù)語及定義對測量做出如下定義：

　　測量（measurement）是通過實(shí)驗(yàn)獲得可合理賦予某量一個或多個量值的過程。

　　定義中，某量是測量對象，而獲取量值是測量目的。

　　測量的對象是某個量（包括物理量，化學(xué)量和生物量）；

　　測量的目的是獲取可以合理表征被測量的量值；

　　量值是指量化的數(shù)值，量化是測量的重要特征，量值可能是一個，也可能是多個；

　　量值用于表征被測量的特征，本文稱為特征值。

　　概括講，測量就是獲取可以合理表征被測對象的一個或多個特征值。

　　以最簡單的直流電壓為例，理想直流電壓在任意時(shí)刻的幅值（瞬時(shí)幅值）為一固定的常數(shù)，任意時(shí)刻的瞬時(shí)幅值包含了被測直流電壓的全部信息，瞬時(shí)幅值可以作為特征值表征直流電壓。

　　因此，對于理想直流電壓測量時(shí)，我們只需要關(guān)心一個特征值，就是直流電壓的幅值。然而，實(shí)際的直流電壓不可避免的回包含一定含量的紋波。此時(shí)，若仍然采用某一時(shí)刻的瞬時(shí)電壓作為特征值顯得不夠客觀。因此，通常會采用在一定時(shí)間內(nèi)的瞬時(shí)電壓的平均值或有效值作為特征值。

　　值得注意的是，平均值和有效值是不同的特征值。也就是說，具有一定紋波的同一個直流電壓，其平均值和有效值可能不相等。

　　因此，選擇功率分析儀測量直流電壓之前，我們需要了解的是：需要測量的是直流電壓的平均值還是有效值？

　　這個問題與研究對象的特性和測量目的有關(guān)，比如：直流電壓施加在電阻兩端，紋波與直流分量一樣會做功，并把電能全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。此時(shí)，測量直流電壓的有效值較合理。又如：直流電壓施加在電機(jī)兩端，并且紋波的頻率較高，由于電機(jī)為感性負(fù)載，對于高頻信號具有很大的阻抗，可以認(rèn)為，起作用的主要是直流分量，此時(shí)，測量直流電壓的平均值較為合理。

　　直流電壓的有效值和平均值數(shù)值不相等，測量方法不同，實(shí)際測量時(shí)可能還需要不同的儀器（功率分析儀）。

　　至此，細(xì)心的讀者或許會發(fā)現(xiàn)，就用于直流電壓測量的功率分析儀而言，其測量對象可以細(xì)分為有效值電壓和平均值電壓或其它特征值。

　　就功率分析儀的被測電量而言，直流電壓是最簡單的電量，交流電量，不同頻率的交流電量，不同波形的交流電量，需要更多的特征值才能全面描述，不同特征值，測量原理和測量方法也不相同，測量過程遠(yuǎn)遠(yuǎn)比直流電量復(fù)雜。

　　更加普遍的說法，功率分析儀測量的對象的主要測量對象是電壓、電流和功率，這只是較為籠統(tǒng)的說法，對于較復(fù)雜的電量而言，其電壓、電流和功率可能具有多個特征值，而這些特征值，才是真正的、最直接的測量對象。

　　依據(jù)被測電量的工作頻率大體可分為：直流電量、工頻電量（50Hz/60Hz）、中頻電量（400Hz）和變頻電量。

　　依據(jù)被測電量的波形特征或頻率構(gòu)成可分為：直流電量、正弦交流電量、非正弦交流電量。

　　不同電量具有不同的特征值，直流電量的特征最簡單，只需要一個特征值即可表述其全部特征。這個特征值稱為幅值，具體的講，就是電壓多少伏，電流多少安。直流電壓的幅值在工程應(yīng)用中可細(xì)分為有效值和平均值等。

　　正弦交流電量依據(jù)其頻率不同可以分為工頻正弦電量和非工頻正弦電量。

　　工頻正弦電量是最常見的交流電量，目前國內(nèi)的發(fā)電、變電、配電、輸電、用電均以工頻正弦電量為主。

　　正弦電量的特征值有三個：幅值、頻率、相位。正弦電量的幅值隨時(shí)間變化而變化，為了表述方便，一般用一個變化周期內(nèi)的有效值表示其幅值。相位是周期變化的，變化范圍固定為0-360°或-180°-180°，只對兩個以上的關(guān)聯(lián)電量才有意義。因此，更多時(shí)候關(guān)注的是兩個電量的相位差，比如說，A相電壓與B相電壓的相位差，A相電壓與A相電流的相位差等等。

　　對于工頻正弦電量而言，頻率為固定參數(shù)，只有幅值和相位兩個特征值需要測量。

　　對于非正弦電量而言，從波形（時(shí)域）角度看，很難用有限的特征值完整表述其特征。為此，我們一般需要通過直接觀測其實(shí)時(shí)波形了解其特征。然而，實(shí)時(shí)波形也只能給我們直觀的、定性的了解。通過觀測實(shí)時(shí)波形，可以對信號周期、峰值、峰峰值等特征值進(jìn)行量化。想要了解非正弦電量的全部定量信息，或者說，對其內(nèi)在構(gòu)造進(jìn)行準(zhǔn)確的量化，需要采用頻域分析法。所謂頻域分析法，簡單講，就是看看這個信號是由哪些頻率的標(biāo)準(zhǔn)正弦波構(gòu)成。法國數(shù)學(xué)家傅里葉發(fā)現(xiàn)，滿足一定條件的周期信號（工程應(yīng)用中遇到的周期信號一般都可滿足）均可通過傅里葉變換分解為若干不同頻率、幅值、相位的正弦波的線性組合，而所有的這些正弦波，其頻率均為信號頻率（基波頻率）的整數(shù)倍。

　　非正弦電量可以采用一組幅值、頻率和相位進(jìn)行全面的表述。實(shí)際應(yīng)用中，往往通過對這些幅值、頻率、相位的運(yùn)算，得到物理意義更加直觀的特征量。例如：電壓真有效值、電流真有效值、有功功率、電壓基波有效值、電流基波有效值、基波有功功率、基波功率因數(shù)（位移因數(shù)）、總諧波畸變率（THD）、總諧波因數(shù)（THF）、諧波電壓因數(shù)(HVF)、諧波電流因數(shù)(HCF)等等。

　　非正弦電量可以有大量的特征值，然而，并非每一次測量，我們都需要測量所有特征值，而不同特征值測量，對測量儀器的要求也不同。

　　功率分析儀選型之前，我們除了要了解測量對象是什么之外，還要弄清楚測量對象有哪些特征，而我們要測量哪些特征值，這些特征值才是我們真正的測量對象。