功率分析仪带宽与采样率.pdf

广州致远电子 股份 有限公司 文库资料 ©2014 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 文章源自 ZLG致远电子，转载或引用请注明出处 1 功率 分析仪 带宽 与 采样率 功率分析仪带宽与采样率 1.1 基本概念 1.1.1 带宽概念 带宽是指在允许的衰减范围内模拟输入前端允许通过的最大频率信号的范围，在这个频率范围内，输入信号通过模拟前端幅值具有最小的衰减──从接线端子或测试设备到达 ADC 的输入端 带宽定义为正弦信号衰减为原振幅的 0.707 时的频率，也被称作 -3dB频率下图为 100 MHz 带宽的高速数据采集 产品 的典型输入频率响应曲线 数据采集 产品 的带宽最好比被 测量的 信号 中的最高频率 值 高 3 ~ 5 倍， 以保证信号采样时具有最小的幅值误差 （所需带宽 = (3 ~ 5)× 被 测 信号 频 率） 被 测 信号 频率的理论振幅误 差 可以从 数据采集板卡的带宽 与输入 信 带宽之间的比例 (R)计算得知 100)11(%  RRRE r r o r 例如 ，在使用 200KHz 高速 数据采集 产品 测量 20KHz 正弦 信号 时（其 频率 比例 R=10），误差大约为 0.01%。

1.1.2 采样率概念 采样率是测量一个或一组输入信号的速率 采样率与 模拟输入端 的带宽 参数 并 不 直接相关采样率是指 信号 经过模拟输入 路径之后， ADC将输入 信号 转换为代表电压 幅值 的数字 编码 的速率 ，将模拟信号数字离散化的速度 这表示 ADC 是在模拟输入 通道 对 信号进 行了衰减 /放大 、 以及／或者滤波 处理之后，才对 信号进行取样，并 转换为数字 编码 1.2 功率分析仪带宽、 采样 率 1.2.1 功率分析仪带宽、 采样 率 的选择与测量对象相关 功率分析仪 的基本功能是一台多通道的高精度功率计，可以精确测量多相高电压和高电流，计算 有功功率 P、无功功率 Q、视在功率 S、功率因数、相位、能量累计等参数，通常用来测试 发 电 机 、电机 、变频器 、 逆变器、 变压器等功率转换装置的效率和 功耗 功率分析仪 是一种多功能仪器，除了对功率进行精确测量以外，还 集合 了数字示波器、谐波闪变仪，多种仪器 功能 广州致远电子 股份 有限公司 文库资料 ©2014 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 文章源自 ZLG致远电子，转载或引用请注明出处 2 功率 分析仪 带宽 与 采样率 带宽和采样率是功率分析仪比较重要的 两个参数。

功率分析仪带宽和采样率的选择与其应用范围、测量对象是相关的 功率分析仪带宽 和采样率 选择一方面与输入信号的频率相关，另一方面与所需要测量输入信号的谐波次数相关 对于 电网信号的测量，电网信号频率大约为 50Hz，属于低频信号 如果需要测量 100次谐波，即 5KHz信号，则采样率和带宽至少要高于 10KHz 对于 基波为 400Hz的 变频 器 测量， 信号频率为 400Hz，如果需要测量 50次谐波，即 20KHz，则采样率和带宽至少要高于 40KHz 图 1 功率分析仪采样过程 功率分析仪对输入信号进行采样，并对一段时间内的采样结果按照计算公式进行运算，得到电流、电压以及功率等参数 ，如上图所示 功率分析仪的对输入信号的测量是一个稳态的过程：测量时必须分区间对测量数据进行处理，计算出计算结果因此对于功率分析仪，在理论上，只要是有足够的计算区间，可以获取 其带宽之内 任意频率的输入信号的有效值等参数 但是如果能够更好的显示 输入信号波形 的细节 ，则采样率越高会越好 在 一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的 5～ 10倍 当被测信号频率低于采样率一半时， 理论上 功率分析仪可以有效还原被测信号的全部信息，获取其各种参数，但是当被测信号频率高于采样率一半时，此时由于混叠的存在，导致功率分析仪无法还原被测信号的全部信息，无法测量谐波等参数，但是功率测量本身是一种稳态测量，所以功率分析仪依然可以准确测量被测信号的有效值和功率 等稳态参数 。

1.2.2 功率分析仪带宽、 采样 率 影响的功能和参数 带宽、采样率 是功率分析仪的基本参数，与功率分析仪的功能和参数直接相关的，但是带宽、采样率并不能够决定性能的好坏，只有是会影响其应用的范围 实际 使用并不是带宽越宽越好，而是选择合适的，带宽宽，相对噪声 就大，测量精度就会降低功率测量精度降低，谐波测量精度也会降低，同时由于混叠的存在，所以 THD测量会可能偏大相同带宽情况下，如果仪器的本体噪声相同，则采样率越高，对被测的模拟信号离散化的信息就越多，越接近被测的模拟信号，从而保证测量精度也越高 功率分析仪的采样率在不同测量模式下会有区别：一是在基本测量模式下采用固定的采样频率，二是在谐波测量模式下，采用锁相倍频方式，采样率与输入信号频率相关 PA6000功率分析仪谐波测试时，采样率和时间窗口如下： PLL源的基波频率 采样率（ S/s） 相对 FFT 数据 长度的窗口宽度 最大谐波分析次数 采样点数 （基波频率） s e lec t e d a v e r a g e t im es ig n a l t om e a s u re  T tt dtiuTP 0 )()(1 广州致远电子 股份 有限公司 文库资料 ©2014 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 文章源自 ZLG致远电子，转载或引用请注明出处 3 功率 分析仪 带宽 与 采样率 10~20Hz f× 3200 3 100 9600 20~40Hz f× 1600 6 100 9600 40~55Hz f× 960 10 100 9600 55~75 Hz f× 800 12 100 9600 75~150Hz f× 480 20 50 9600 150Hz~440Hz f×320 30 50 9600 440Hz ~1.1KHz f×160 60 50 9600 1.1KHz~2.6KHz f× 80 120 20 9600 1.3 功率分析仪参数对比 厂家 致远 ZLG 横河 泰克 （ Voltech） 型号 PA6000 WT3000 PA4000 输入单元数 6相 4相 1~4相 两组三相系统测量 √ × × 多台同步测量 √ （ 12 相） √（ 8相） √ 基本精度 0.02% 0.02% 0.02% 基本功率精度 0.02%读数 +0.04%量程 0.02%读数 +0.04%量程 0.04%读数 +0.04%量程± 0.02V 测量带宽 DC， 0.1～ 1MHz DC， 0.1～ 1MHz DC， 0.1～ 1MHz 采样频率 200kS/s 200kS/s 150KS/s 。