一.导言
三相沟通电广泛运用于大功率或许需求高能效的机电设备。对此类设备进行功率剖析和电能质量丈量必不可少。本文将介绍怎么运用8通道，12bit，1GHz带宽，2.5GS/s采样率数字示波器丈量三相电功率和电能质量，并对此办法的优势进行剖析。
二. 三相电的功率丈量
从矢量的视点来看，三相沟通电压为三个相邻120度的矢量，每个矢量一起以零线为参阅原点、以固定频率50Hz旋转。矢量的振幅持平，三个旋转矢量在实轴上的投影随时刻改变的进程，便是三个相邻120度的正弦波。
图 1三相沟通电矢量
假定其间一路相电压的负载是纯电阻，由此发生的负载电流也是一个正弦波。电流和电压矢量以相同频率旋转，相位差为零，纯电阻负载耗费的平均功率为：
P=Vrms*Irms (Vrms和Irms为电压和电流的有用值)
假如负载是抱负的纯电容，负载电流仍然是正弦波，可是电流矢量超前电压矢量90度。假如是抱负的纯电感，电流矢量则滞后电压矢量90度。在这两种抱负条件下，能量在电场与磁场之间来回改换、在供电设备和负载之间来回活动，实践上并没有真实对外做功。实践的负载一般不会是朴实的电阻、%&&&&&%或电感。电压矢量和电流矢量存在相位差φ，由此定义出三种功率。
视在功率(Apparent Power)：
|S|= Vrms*Irms 单位为VA(伏安) (公式1-1)
有功功率(Real Power)： P= Vrms*Irms *cos φ 单位为W(瓦特) (公式1-2)
无功功率(Reactive Power)： Q= Vrms*Irms *sin φ单位为VAr(瓦尔)
三者的联系为S = P + jQ
图 2视在功率，有功功率，无功功率的矢量联系
Cos φ反映了有功功率与视在功率的比值，称为功率因数(PF，Power Factor)。
关于三相四线制沟通电，假如三路相电压的功率能够别离丈量到，则三相电的总功率为：
视在功率S=SA+SB+SC
有功功率P=PA+PB+PC
无功功率Q=
(A,B,C别离代表三相电)
因而为了丈量三相电总功率，一般选用所谓三功率表丈量法，
图 3三相四线沟通电的三功率表丈量法每个功率表别离丈量一路负载的电压和电流，算出每路沟通电功率，然后算出各种总功率。这种办法本质上需求一起收集六个电参量。能够运用力科公司的多通道高分辨率示波器HDO8000来完成三相电功率测验。HDO8000具有8个通道，装备三个高压差分探头和三个电流探头就能够一起丈量三路电压和三路电流。高压差分探头能够丈量高达1000Vrms的电压，并能有用按捺功率电子中常见的共模搅扰。电流探头最高可丈量700A峰值电流。下图中HDO8000八通道示波器装备了三个高压探头、三个电流探头和其他一些探头。
图 4 装备高压差分探头、电流探头和其他探头的HDO8000示波器
示波器经过三组电压和电流探头实时收集每路沟通电的电压和电流波形，并核算出电压和电流有用值。依据公式1-1能够核算得到视在功率。而要得到有功功率，无法直接经过公式1-2得到。由于实践的沟通电压波形很可能是失真的正弦波，电流波形在大都场合也不是正弦波。无法直接丈量出电压和电流之间的相位差，如下图所示。
图 5 一个实践的沟通电压和电流波形
依据IEEE 1459，对瞬时功率波形在若干整数周期内取平均值，得到平均功率。其间的无功功率被抵消，只剩下有功功率，因而示波器丈量平均功率得到有功功率：
(V[K],I[K]为示波器采样得到的数字化电压和电流波形)
相同，功率因数也无法直接从φ算出。示波器运用前面丈量得到的视在功率S和有功功率P核算得到功率因数：
PF=P/S
下图是HDO8000丈量一路相电压的示波器界面截图，从上到下别离是电压、电流、功率的实时波形，并给出电压有用值、电流有用值、有功功率、视在功率和功率因数等丈量值的读数：
图 6 示波器丈量沟通电界面
三. 电能质量丈量
除了功率，实践工程中也常常重视三相电的电能质量。
1. 电流波峰因数Crest Factor
电流波峰因数=电流峰值/电流有用值
瞬时功率波形
电压有用值
电流有用值
有功功率
视在功率
功率因数
电流假如是正弦波，则波峰因数= =1.41
而如图 5所展现的，大都状况下电流是突发式的。过大的电流波峰因数会给供电设备带来压力，因而需求测验用电设备的电流波峰因数。示波器核算电流波形的峰值和有用值就能够得到波峰因数。2. 谐波失真
EMC规范EN61000-3-2对设备电源电流的谐波失真提出了要求。示波器能够进行EN61000-3-2的预测验。测验原理便是将电流时域波形经过FFT运算转换到频域，然后查验电流的谐波是否契合规范要求，如下图所示：
图 7 用示波器预测验电流谐波
3. 电压安稳度监控
能够用示波器丈量沟通电压的有用值，进行长时刻的监控，示波器给出丈量开端以来呈现的最大电压和最小电压值，并能显现电压值在长时刻内的动摇曲线，如下图所示：
图 8 对电压值进行长时刻的监控
四.为什么用示波器丈量三相沟通电
以往4通道示波器难以一起丈量三相沟通电的电压和电流，一般用功率表或功率剖析仪来丈量电源功率。8通道的HDO8000将示波器的运用规模扩展到三相电测验范畴。运用示波器丈量三相电的优势在于：
1. 示波器除了能丈量得到功率数值，还能够直接观测电压、电流、功率的实时波形，并能运用各种运算功用对其进行自定义的信号处理。比如在示波器上对功率波形做积分就得到这段时刻传递到负载的电能。更杂乱的信号处理还可导入MATLAB,C/C++等程序在示波器上实时处理收集的波形。
2. HDO8000的ADC位数到达12bit，比惯例8bit示波器的精度更高，在高分辨率的一起还具有最高1GHz带宽和2.5GS/s的高采样率。
3. 记载长度标配为50M采样点，最大250M样点，可长时刻接连收集信号。假如将采样率设为1MS/s，最大可接连收集并存储大于4分钟的波形数据。例如凭借这项功用，能够不间断观测上电、关机或其他特别进程的长时刻功率改变状况。假如是屡次收集，波形则可接连存储到示波器几百GB的硬盘上，能够监控的时刻更长。
4. 功率剖析仪合适对整机设备进行功率测验。而示波器具有丰厚的探头品种，衔接被测物更便利。丈量、剖析、调试功用也很丰厚，更合适板级测验。
5. 电压和电流都需求经过探头、传感器引到仪器上。即便同一类型和批次的传感器和探头，对信号的群推迟都有差异，功率剖析仪很难校准各个通道的推迟差异。而示波器具有通道时延校准功用，能够防止电压电流信号的相位误差。
6. HDO8000示波器的带宽更高，采样率更高，能够捕获到更高频率的谐波重量。
7. 最重要的是，示波器不只仅能用于功率、电能质量等功率电子相关的测验，它更是机电体系的综合测验渠道，凭借各种探头和剖析软件，能够测验机电体系中的数字信号、嵌入式体系、传感器和执行器等多种信号，是功率电子工程师、机电工程师不可或缺的调试与测验东西。
