一、功率剖析仪界说
功率剖析仪是一种多功用仪器，除了能够对电压、电流和功率进行准确丈量以外，还集成了波形显现、谐波剖析、闪变剖析、积分等多种功用，如下图所示。
功率剖析仪的基本功用是一台多通道的高精度功率丈量仪器，能够准确丈量多相高电压和大电流，核算有功功率P、无功功率Q、视在功率S、功率因数、相位、能量累计等参数，一般用来测验变频器、逆变器、电机和变压器等功率转化设备的功率和功耗。下图为功率剖析仪在变频器、电机驱动体系中的运用实例。
图1 功率剖析仪的功用
图2 变频器、电机驱动体系功率剖析检测
跟着节能和新能源范畴的迅猛发展，功率剖析仪被广泛运用于电动汽车、电气化高速铁路、太阳能光伏逆变发电、风力发电、电机、变压器、燃料电池、电子镇流器、节能灯、、开关电源供、不断电体系(UPS)、电动工具、信息及办公设备(打印机、扫描仪)、家电等功率设备的开发和功用评价。也适用于对电网运转质量进行监测及剖析，供给电力运转中的谐波剖析及功率质量剖析。
二、功率剖析仪的组成
图3 功率剖析仪的组成
如图3所示，由功率剖析仪的功用确认，一方面功率剖析仪需求完结对外部输入信号的丈量，包含被测设备的电压、电流信号，扭矩/转速传感器的信号；另一方面，对丈量得到的数据进行运算，得到电压、电流、功率、功率等参数，并能够对输入的信号进行处理剖析，例如进行谐波剖析、FFT剖析、检查波形等，并能够与外部的设备进行数据交互。
图4 功率剖析仪的体系规划
由功率剖析仪的功用需求能够确认，功率剖析仪的体系结构，如图4所示，首要由收集板卡和主板组成，收集板卡完成单相输入的收集，包含一个电压通道和一个电流通道，主板首要完成显现和通讯功用。
三、功率剖析仪的完成
功率剖析仪的中心功用是能够准确的对输入信号进行收集，且各个通道间有必要确保肯定的同步，因而功率剖析仪的完成重点是在于怎么确保收集部分的同步性和采样的高精度、稳定性。
3.1低温漂、低噪声的高速数据收集
功率剖析仪的方针精度高达0.02%，高精度丈量最难处理的两个问题是温漂和噪声。整个模仿前端的框图如图5所示，其间每个环节的温漂和噪声都会影响到最后的丈量精度。
图5 模仿前端框图
假如要确保丈量精度，这有必要确保每个环节的温漂和噪声很低，或许能完成各环节间的补偿处理。关于温漂问题，首要温漂是必定存在的，一切的模仿器材都存在温度系数，跟着温漂改变其参数会发生改变，一起因为咱们无法确保仪器作业在恒温环境，一切有必要考虑处理温漂问题。处理温漂问题首要是元器材选型方面有必要需求考虑选型一些温漂小的器材，电路规划上考虑进行温漂补偿，增加补偿电路将温漂下降，防止相关扩大电路呈现饱满问题，然后规划自校准电路，丈量时实时校准各环节的温漂，将偏置的温漂影响降到最低，然后是元器材匹配和布局问题，处理增益补偿电路，将增益差错影响降到最低，一起将ADC的转化参阅电压和模仿前端调度参阅电压运用同一组电压，处理参阅电压温漂发生的影响，别的选用16位分辨率的ADC进行高速收集。
关于噪声问题，要考虑电路内部的噪声和外部的噪声，内部噪声的处理需求考虑原理规划方面的问题，外部噪声问题需求考虑电路板布局和屏蔽问题。电路规划上面，需求考虑处理电阻热噪声、运放噪声问题，电路布局方面需求考虑将简单遭到搅扰的环节进行特别处理。然后规划合理的滤波器，将一些噪声滤除。别的有必要考虑屏蔽壳的规划，将外部的噪声搅扰下降。
3.2高精度同步采样
功率剖析仪和示波器、万用表的最大差异便是能一起剖析电压和电流信号，然后完成对功率信号的剖析，假如要完成对功率的准确剖析，则有必要准确丈量电压和电流信号，而且需求一起完成对电压和电流信号的采样，电压和电流信号通过ADC数字化过程中每一个采样点都有必要发生在同一时间，不然就无法完成同步丈量。为了完成严厉的同步丈量，在功率剖析仪内部，选用了业界最高的同步时钟，高稳定性温度补偿的100MHz同步时钟，防止温度改变带了的时钟漂移所引进的差错，严厉确保ADC对各通道电压和电流的同步丈量，然后确保了功率丈量的精度。
100MHz的同步时钟引起的最大差错为10ns，关于50Hz的工频信号来说周期为20ms，所以10ns的时钟差错引起的相位丈量差错为
假如同步时钟为10MHz则相位角差错就会到0.0018°。为了评论便利假定被测的电压和电流都是规范正弦信号，那么功率运算公式为
其间
为不同步引起的相位角差错，所以能够看到功率丈量的精度会遭到相位角的直接影响。当电压和电流的相位角较小时，即功率因数较大时，0.00018°的相位差错对丈量精度影响很小，但是在极低功率因数情况下0.00018°的相位差错带来的功率差错是就比较显着，差错比照如下表所示，假如同步时钟频率下降，则丈量差错就会成倍增大，这也是现在业界功率丈量设备无法完成在极低功率因数情况下准确丈量的首要原因。
