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功率分析儀那些功率測(cè)量參數(shù)的確切定義,你知道嗎?
上傳時(shí)間:24-09-08

功率分析儀那些功率測(cè)量參數(shù)的確切定義,你知道嗎?

這篇內(nèi)容是對(duì)一些“眾所周知”功率分析儀功率測(cè)量參數(shù)的簡單描述,這些測(cè)量參數(shù)是經(jīng)常用到的,但是事實(shí)上很少的人能記住,他們來自哪里,什么是他們的確切定義。


功率測(cè)量和理論背景


640

功率分析儀LMG671



直流DC 數(shù)值


■ 單純的信號(hào)


一個(gè)信號(hào)簡單的情況是一個(gè)信號(hào),它在任何時(shí)間段都不會(huì)改變它的幅值。


直流DC信號(hào)的定義是十分簡單的:


一個(gè)直流信號(hào)總是有相同的幅值。


理論上,“總是”是無限期地運(yùn)行。所以在實(shí)踐中你定義一個(gè)時(shí)間周期,然后說:


一個(gè)直流信號(hào)在一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)具有相同的幅值。




■ 混合信號(hào)


這里有對(duì)直流信號(hào)的另外一個(gè)可能的定義(或是信號(hào)的直流分量)。如大家所知道的,你可以根據(jù)傅里葉變換將每個(gè)信號(hào)分解成許多不同頻率,幅值和相位偏移的正弦信號(hào)。這種“正弦信號(hào)”的一個(gè)特例是信號(hào)的直流部分(可以描述為頻率為0Hz的cos函數(shù))。



由此可見,直流分量的定義只是一個(gè)信號(hào)的平均值。作為一個(gè)公式,可以寫成(在這個(gè)和所有其他例子中,我們使用電壓舉例,如果你想使用電流,你會(huì)得到相同的結(jié)果):


1



當(dāng)然這個(gè)定義對(duì)于單純的直流信號(hào)也是有效的。根據(jù)這個(gè)定義,用戶可以選擇任何時(shí)間間隔來獲得直流值。但實(shí)際中你經(jīng)常有周期性的信號(hào)。這些信號(hào)在時(shí)間周期T之后重復(fù)。因此如果時(shí)間T被包含在公式1中的時(shí)間間隔中,那么通常認(rèn)知的公式是:


2



結(jié)論


■ 直流分量是一個(gè)信號(hào)的平均值


■ 實(shí)際中你必須給直流值定義一個(gè)時(shí)間間隔



整流值


整流值通常是一個(gè)有根據(jù)的數(shù)值。今天,只有在很少的應(yīng)用中需要用到它(例如Urect與磁通量Bpk是成正比的。這在一些變壓器應(yīng)用中很重要)。


當(dāng)D一個(gè)AC交流信號(hào)出現(xiàn)時(shí),整流值被創(chuàng)建了。同時(shí)有很多可移動(dòng)線圈表計(jì)被使用。但是他們只測(cè)量正弦信號(hào)的平均值(直流值)。解決這個(gè)問題的D一個(gè)方法是對(duì)信號(hào)進(jìn)行修正,并取整流后信號(hào)的平均值:


3



根據(jù)這個(gè)定義,用戶可以選擇任何時(shí)間間隔來獲得一個(gè)RECT值。但實(shí)際中你經(jīng)常有周期性的信號(hào)。這種信號(hào)在時(shí)間周期T之后重復(fù)出現(xiàn)。因此,如果時(shí)間T被包含在時(shí)間間隔的公式3中,通常所知道的公式如下:



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整流值的缺點(diǎn)是:對(duì)于許多應(yīng)用,你需要一個(gè)與電阻吸收的功率成正比的值(參加“RMS有效值”)。為此,你可以計(jì)算信號(hào)的RECT值與信號(hào)的RMS有效值之間的比例因數(shù)。這個(gè)因數(shù)叫做波形因數(shù):波形因數(shù)很大程度上取決于信號(hào)的波形形狀。因此,在可移動(dòng)線圈測(cè)試儀器的變比上,正弦信號(hào)的波形因數(shù)被整合生成了。對(duì)于其他波形形狀,你會(huì)得到測(cè)量誤差。




結(jié)論


■ RECT整流分量是整流信號(hào)的平均值


■ 在實(shí)際中你必須為RECT整流值定義一個(gè)時(shí)間間隔


■ 對(duì)應(yīng)每個(gè)波形形狀,RECT整流值有另一個(gè)比例因數(shù)來獲得RMS有效值。




波形因數(shù)


波形因數(shù)只是信號(hào)的RMS有效值與RECT直流值的比率:



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RMS有效值


如果你有電壓或是電流信號(hào),并將其應(yīng)用于一個(gè)歐姆電阻,你將有一個(gè)功率損耗。問題是每個(gè)不同的波形都會(huì)產(chǎn)生另一個(gè)功率損耗,所以你必須定義長期可運(yùn)行的波形,這個(gè)波形不會(huì)使電阻過載。波形的定義可能是非常復(fù)雜的:你需要畫圖或是數(shù)學(xué)計(jì)算描述。




對(duì)于一個(gè)更實(shí)際的解決方案,是可以嘗試通過用功率來描述一個(gè)波形。這是RMS有效值普遍的定義:信號(hào)的RMS有效值是直流信號(hào)的振幅,它將在同一時(shí)間內(nèi)將相同的能量例如施加的信號(hào)傳遞到歐姆電阻中。


作為一個(gè)公式,你可以使用:


6



使用此定義,你可以選擇任意信號(hào)的任意時(shí)間間隔來計(jì)算RMS有效值。如果你在同一時(shí)間間隔內(nèi)應(yīng)用一個(gè)具有RMS有效值振幅的直流信號(hào),同樣的能量就會(huì)被推送到電阻中。在此定義中,用戶可以選擇任意時(shí)間間隔來獲得RMS有效值。但在實(shí)際中你經(jīng)常有周期性的信號(hào)。這些信號(hào)在周期時(shí)間T之后重復(fù)。



因?yàn)椋绻麜r(shí)間T被包含在時(shí)間間隔的“公式6”中,通常所知的公式如下:


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這個(gè)公式的優(yōu)點(diǎn)是,每個(gè)周期都得到相同的值。所以這足以給出一個(gè)單一的值用來描述一個(gè)關(guān)于它在歐姆電阻中的功耗的信號(hào)。這對(duì)于99%的測(cè)量應(yīng)用都是有效的。記住這是周期信號(hào)的簡化定義。有時(shí)它是難以找到信號(hào)的正確時(shí)間間隔或問題所在:什么是真正的時(shí)間間隔?這個(gè)很大程度上取決于你的應(yīng)用。



結(jié)論


■ RMS有效值與歐姆電阻的功耗成正比


■ 通常它是在信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)定義的


■ 其他時(shí)間間隔也許是可能的



TRMS真有效值


理論上,RMS有效值和TRMS真有效值是完全相同的。在實(shí)際中是有不同的測(cè)量方法。


■ 一些較老的模擬信號(hào)式儀器只是測(cè)量整流值,并將其與波形因數(shù)相乘,得到信號(hào)的RMS有效值。這只有當(dāng)信號(hào)是正弦時(shí)才有效。對(duì)于非正弦信號(hào),你需要另一個(gè)波形因數(shù)。


■ 有些儀器只測(cè)量信號(hào)的交流部分。直流分量也會(huì)在電阻中產(chǎn)生功耗。如果直流分量存在,這些儀器可能顯示錯(cuò)誤的值。



為了表明儀器測(cè)量的RMS有效值是獨(dú)立于信號(hào)的波形的,這個(gè)儀器將它們的值稱為真有效值。




峰值


峰值的定義是簡單的:


峰值是信號(hào)的Z大振幅點(diǎn)


 

在實(shí)際中有一些進(jìn)一步的定義:


■ 正峰值


■ 負(fù)峰值


■ 峰值


■ 峰峰值



峰值對(duì)測(cè)量儀器來說是重要的。如果選擇的測(cè)量量程太大,那么可能發(fā)生:


■ 模擬式儀器可能會(huì)飽和,這將導(dǎo)致測(cè)量誤差。


■ 可以達(dá)到ADC數(shù)字式儀器的滿量程。因此會(huì)切斷導(dǎo)致扭曲和測(cè)量誤差的信號(hào)。



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功率測(cè)試儀LMG671

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