利用八通道示波器分析三相交流電

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三相交换電遍及利用于大功率或必要高能效的電機装备。對此类装备举行功率阐發和電能质量丈量必不成少。本文将先容若何操纵8通道，12bit，1GHz带宽，2.5GS/s采样率数字示波器丈量三相電功率和電能质量，并對此法子的上風举行阐發。

二. 三相電的功率丈量

從矢量的角度来看，三相交换電压為三個相邻120度的矢量，每一個矢量配合以零線為参考原點、以固定频率50Hz扭转。矢量的振幅相称，三個扭转矢量在实轴上的投影随時候变革的進程，就是三個相邻120度的正弦波。

圖 1三相交换電矢量

假如此中一起相電压的负载是纯電阻，由此發生的负载電流也是一個正弦波。電流和電压矢量以不异频率扭转，相位差為零，纯電阻负载损耗的均匀功率為：

P=Vrms*Irms (Vrms和Irms為電压和電流的有用值)

若是负载是抱负的纯電容，负载電流依然是正弦波，可是電流矢量超前電压矢量90度。若是是抱负的纯電感，電流矢量则滞後電压矢量90度。在這两種抱负前提下，能量在電場與磁場之間往返变更、在供電装备和负载之間往返活動，現实上并無真正對外做功。現实的负载凡是不會是纯洁的電阻、電容或電感。電压矢量和電流矢量存在相位差φ，由此界说出三種功率。

視在功率(Apparent Power)：

|S|= Vrms*Irms 单元為VA(伏安) (公式1-1)

有功功率(Real Power)： P= Vrms*Irms *cos φ 单元為W(瓦特) (公式1-2)

無功功率(Reactive Power)： Q= Vrms*Irms *sin φ单元為VAr(瓦尔)

三者的瓜葛為S = P + jQ

圖 2視在功率，有功功率，無功功率的矢量瓜葛

Cos φ反應了有功功率與視在功率的比值，称為功率因数(PF，Power Factor)。

對付三相四線制交换電，若是三路相電压的功率可以或许别离丈量到，则三相電的总功率為：

視在功率S=SA+SB+SC

有功功率P=PA+PB+PC

無功功率Q=

(A,B,C别离代表三相電)

是以為了丈量三相電总功率，一般采纳所谓三功率表丈量法，

圖 3三相四線交换電的三功率表丈量法每一個功率表别离丈量一起负载的電压和電流，算出每路交换電功率，進而算出各类总功率。這类法子本色上必要同時收集六個電参量。可以操纵力科公司的多通道高辨别率示波器H汽車貸款，DO8000来实現君綺評價，三相電功率测试。HDO8000具有8個通道，配备三個高压差分探头和三個電流探头便可以同時丈量三路電压和三路電流。高压差分探头可以或许丈量高达1000Vrms的電压，并能有用按捺功率電子中常见的共模滋扰。電流探头最高可丈量700A峰值電流。下圖中HDO8000八通道示波器配备了三個高压探头、三個電流探头和其他一些探头。

圖 4 配备高压差分探头、電流探头和其他探头的HDO8000示波器

示波器經由過程三组電压和電流探头及時收集每路交换電的電压和電流波形，并计较出電压和電流有用值。按照公式1-1可以计较获得視在功率。而要获得有功功率，没法直接經由過程公式1-2获得。由于現实的交换電压波形极可能是失真的正弦波，電流波形在大都場所也不是正弦波。没法直接丈量出電压和電流之間的相位差，以下圖所示。

圖 5 一個現实的交换電压和電流波形

按照IEEE 1459，對瞬時功率波形在若干整数周期内取均匀值，获得均匀功率。此中的無功功率被抵消，只剩下有功功率，是以示波器丈量均匀功率获得有功功率：

(V[K],I[K]為示波器采样获得的数字化電压和電流波形)

一样，功率因数也没法直接從φ算出。示波器操纵前面丈量获得的視在功率S和有功功率P计较获得功率因数：

PF=P/S

下圖是HDO8000丈量一起相電压的示波器界面截圖，從上到下别离是電压、電流、功率的及時波形，并给出電压有用值、電流有用值、有功功率、視在功率和功率因数等丈量值的读数：

圖 6 示波器丈量交换電界面

三. 電能质量丈量

除功率，現实工程中也常常存眷三相電的電能质量。

1. 電流波峰因数Crest Factor

電流波峰因数=電流峰值/電流有用值

瞬時功率波形

電压有用值

電流有用值

有功功率

視在功率

功率因数

電流若是是正弦波，则波峰因数= =1.41

而如圖 5所展現的，大都环境下電流是突發式的。過大的電流波峰因数會给供電装备带来压力，是以必要测试用電装备的電流波峰因数。示波器计较電流波形的峰值和有用值便可以获得波峰因数。2. 谐波失真

EMC尺度EN61000-魔龍傳奇,3-2對装备電源電流的谐波失真提出了请求。示波器可以举行EN61000-3-2的展望试。测试道理就是将電流時域波形經由過程FFT運算转换到频域，從而查驗電流的谐波是不是合适尺度请求，以下圖所示：

圖 7 用示波器展望试電流谐波

3. 電压不乱度监控

可以用示波器丈量交换電压的有用值，举行长時候的监控，示波器给出丈量起头以来呈現的最大電压和最小電压值，并能显示電压值在长時候内的颠簸曲線，以下圖所示：

圖 8 對電压值举行长時候的监控

四.為甚麼用示波器丈量三相交换電

以往4通道示波器难以同時丈量三相交换電的電压和電節日禮物推薦，流，一般用功率表或功率阐發仪来丈量電源功率。8通道的HDO8000将示波器的利用范畴扩大到三相電测试范畴。利用示波器丈量三相電的上風在于：

1. 示波器除能丈量获得功率数值，還可以直接觀测電压、電流、功率的及時波形，并能應用各类運算功效對其举行自界说的旌旗灯号处置。好比在示波器上對功率波形做积分就获得這段時候通报到负载的電能。更繁杂的旌旗灯号处置還可导入MATLAB,C/C++等步伐在示波器上及時处置收集的波形。

2. HDO8000的ADC位数到达12bit，比通例8bit示波器的精度更高，在高辨别率的同時還具有最高1GHz带宽和2.5GS/s的高采样率。

3. 記实长度标配為50M采样點，最大250M样點，可长時候持续收集旌旗灯号。若是将采样率設為1MS/s，最大可持续收集并存储大于4分钟的波形数据。比方借助這項機能，可以不中断觀测上電、關機或其他特别進程的持久功率变革环境。若是是屡次收集，波形则可持续存储到示波器几百GB的硬盘上，可以或许监控的時候更长。

4. 功率阐發仪合适對整機装备举行功率测试。而示波器具备丰硕的探头種类，毗連被测物更便利。丈量通馬桶,、阐發、调试功效也很丰硕，更合适板级测试。

5. 電压和電流都必要經由過程探头、傳感器引到仪器上。即便统一型号和批次的傳感器和探头，對旌旗灯号的群延迟都有差别，功率阐發仪很难校准各個通道的延迟差别。而示波器具备通道時延校准功效，可以防止電压電流旌旗灯号的相位误差。

6. HDO8000示波器的带宽更高，采样率更高，可以捕捉到更高频率的谐波份量。

7. 最首要的是，示波器不但仅能用于功率、電能质量等功率電子相干的测试，它更是電機體系的综合测试平台，借助各类探头和阐發软件，可以测试電機體系中的数字旌旗灯号、嵌入式體系、傳感器和履行器等多種旌旗灯号，是功率電子工程师、電機工程师不成或缺的调试與测试东西。