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有功功率的测量方法随着控制技术的发展，电压、电流的调制信号得到更广泛的应用，伴随而来的是较高的谐波含量，传统的有功功率测量方法难以精确测量，本文基于功率分析仪的有功功率测量原理，结合在变频器领域的测量应用进行简单介绍。
随着控制技术的发展，电压、电流的调制信号得到更广泛的应用，伴随而来的是较高的谐波含量，传统的有功功率测量方法难以精确测量，本文基于功率分析仪的有功功率测量原理，结合在变频器领域的测量应用进行简单介绍。
1.1 一、最常用的有功功率测量方法a、相位法通过相位测量电路测量电压、电流的相位差，再根据正弦电路有功功率计算公式P=UIcosφ计算出有功功率。
由于有功功率计算公式P=UIcosφ是在正弦电路技术上推导出来的，该方法只适用于正弦电路的有功功率测量。
另外，由于相位测量电路通常采用过零检测法，而交流电零点附近不可避免会有一定的毛刺，因此，相位测量精度较低。
在低功率因数下的功率测量准确度亦较低。
b、模拟乘法器法采用模拟乘法器获取电压、电流的乘积，得到瞬时功率，再用固定的时间对瞬时功率进行积分，即可获得瞬时功率的平均值，也就是有功功率。
该方法适用任意波形电量的有功功率测量。
1.2 二、功率分析仪的测量基本原理以功率分析仪PA6000为例，测量的基本原理如下：功率分析仪采样电流和电压信号功率分析仪的每个测量通道，对输入的电流或者电压信号进行采样，对采样得到的数据按照特定公式计算得到结果。
其中u(n)为更新周期内采集的电压信号数据（瞬时数据），i(n)为更新周期内采集的电流信号数据（瞬时数据），u(n)和i(n)为同一时刻的采样数据。
三、有功功率的测量方法在变频器的应用变频器的主电路一般为“交—直—交”组成，在整流回路中接有大电容，输入电流的波形不是正弦波；在逆变输出回路中，输出电压信号时受PWM载波信号调整的波形，即输入输出都不是标准的正弦波，有较多的高次谐波含量。
变频器典型的输入测波形如下：对输入测得有功率，传统的计算公式为：P=Urms*Irms*cosφ其中P为有功功率；Urms为电压有效值；Irms为电流有效值；φ为电压电流夹角。
目录一、WT3000高精度功率分析仪简介 (1)1. 前面板 (1)2. 后面板 (1)二、WT3000高精度功率分析仪的测量显示 (2)1. 数值显示 (2)2. 波形显示 (3)三、WT3000高精度功率分析仪测量模式 (3)四、WT3000高精度功率分析仪操作流程 (4)1. 测量前的准备 (4)2. 测试显示/运算结果 (5)3. 数据采集 (7)五、WT3000高精度功率分析仪使用外部设备测电流 (8)1. 电流钳 (8)2. 电流互感器 (8)一、WT3000高精度功率分析仪简介在所有YOKOGAWA WT系列功率分析仪中，WT3000具有最高的精度。
WT3000基本功率精度达到读数的±0.02%，测量带宽为DC和0.1Hz~1MHz；提供4路测量通道，最多同时可配置4个输入单元；可提供高精度的输入/输出效率测量，各个测量通道可单独测量，也可组合测量，有5种测量模式。
1. 前面板WT3000的前面板如图1所示：1-电源，2-外部存储接口，3-显示屏，4-电压量程设置，5-电流量程设置，6-测量通道选择，7-光标，8-数值/波形显示设置，9-文件保存，10-上位机连接。
WT3000的后面板如图2所示图1 WT3000的前面板2. 后面板WT3000的后面板如图2所示：左边为4路测量通道，测量通道孔①测量电压，孔②采用外部电流钳测量电流，孔③是直接串入WT3000测量电流，孔④为GP-IO接口，可连接到数据采集卡，让上位机软件测量计算。
图2 WT3000的后面板二、WT3000高精度功率分析仪的测量显示1. 数值显示WT3000的显示屏数值显示如图3所示：1-测量方式，2-测量功能，3-测量量程，4-测量通道，5-测量模式，6-测量时间。
图3 WT3000测试数值显示注意：(1) 非数值显示：--OL--量程溢出显示；--OF--运算溢出显示；-------无数据显示；Error：错误显示。
理解3V3A接线方式三相电动机通常是三相三线制供电，功率测量方法与三相四线不同，用户时常会误解和感到困惑，因此理解三相三线电压、电流、有功功率的测量就变的很重要。
三相三线若不知道负载是否平衡或负载阻抗是不能测量到各相功率的，可参考往期文章《能否根据线电压线电流计算三相三线制负载相功率？》，因此三相三线制的功率测量都只能是总功率。
两瓦特计测量三相三线功率是一种广泛使用的方法，几乎所有的电工书籍都有介绍。
然而对于功率分析仪我们推荐使用3V3A接线方式。
有时测量人员由于思维惯性，看到3V3A的波形图和矢量图与想象中不一致，造成误解和困惑。
话说西游记中有真假美猴王，PA功率分析仪中3V3A接线方式也有真假之辨，下面深入对比分析3V3A和“想象中的接法”。
1.接线图1）测量人员“想象中的接线图”图1 测量人员眼中接线图R相电流I1和R-S电压U12接到一个功率测量单元，计算的功率记为P1=I1•U12；S相电流I2和S-T电压U23接到一个功率测量单元，功率记为P2=I2•U23；T相电流I3和T-R电压U31接到一个功率测量单元，计算的功率记为P3=I3•U31。
那么，三相功率是以上测量3个功率之和P=P1+P2+P3吗？这显然是错误的，线电流与线电压相乘并非相功率，角形接法亦然，正确应是：然而三相三线制中，星形负载测不到相电压，角形负载测不到相电流，功率该如何计算？对于星型负载，当电源和负载完全平衡的情况下，通过线电压求得相电压，每相电压电流一样则有：实际上通常不会完全平衡，还需3相功率分别相加，根据基尔霍夫电流定律：由此可见所以我们无法由测量到的三个功率P1=I1•U12、P2=I2•U23、P3=I3•U31来得到总功率。
这种接线方式是错误的，实际上也不存在。
2）3V3A实际接线图图2 3V3A接线方式按图2接线方式，R相电流I1和R-T电压U13接到一个功率测量单元，计算的功率记为P1=I1•U13；S相电流I2和S-T电压U23接到一个功率测量单元，功率记为P2=I2•U23；T相电流I3和R-S电压U12接到一个功率测量单元，计算的功率记为P3=I3•U12。
广州致远电子有限公司PA 功率分析仪入门手册 功率分析仪修订历史目录1. 安全须知 (1)1.1警示标示 (1)1.2安全信息 (1)1.2.1测量类别 (1)1.2.2一般注意事项 (2)1.2.3连接电源和地 (3)1.2.4仪器安置注意事宜 (3)1.2.5连接测量回路 (3)2. 文档须知 (5)3. 产品简介 (6)3.1简介 (6)3.2功能特性 (6)3.3应用系统 (7)4. 功能概述 (8)4.1主要功能概览 (8)4.2测量功能列表 (8)4.3工作模式 (9)4.4电压/电流模式 (9)4.5通信接口 (9)4.6显示界面 (10)4.7测量分析功能 (13)4.7.1波形显示 (14)4.7.2趋势分析 (14)4.7.3谐波分析功能 (15)4.7.4FFT功能 (16)4.7.5IEC谐波测量 (17)4.7.6向量显示 (18)4.7.7闪变分析 (18)1. 安全须知本仪器的使用涉及到高压，为防止电击或其它危险造成的人员伤亡，在安装、使用或维修本产品之前，请务必仔细阅读、并完全理解“安全须知”章节的相关内容。
为保证您能正确安全地使用本仪器，请务必遵守以下注意事项。
如果未遵守本手册指定的方法操作本仪器，可能会损坏本仪器的保护功能。
因违反以下注意事项操作仪器所引起的损伤，广州致远电子有限公司概不承担责任。
1.1 警示标示注意符号表示存在危险。
提示用户对某一过程、操作方法或类似情况进行操作时，如果不能正确执行或遵守规则，则可能对产品造成损坏或者丢失重要数据。
在完全阅读和充分理解注意所要求的事项之前，请不要继续操作。
警告符号表示存在严重危险。
提示用户对某一过程、操作方法或类似情况进行操作时，如果不能正确执行或遵守规则，则可能造成人身伤害甚至死亡。
在完全阅读和充分理解警告所要求的事项之前，请务必停止操作。
1.2 安全信息请勿禁用电源线的安全接地功能，将仪器插入已接地良好的电源插座。
目录一、WT3000高精度功率分析仪简介 (1)1. 前面板 (1)2. 后面板 (1)二、WT3000高精度功率分析仪的测量显示 (2)1. 数值显示 (2)2. 波形显示 (3)三、WT3000高精度功率分析仪测量模式 (3)四、WT3000高精度功率分析仪操作流程 (4)1. 测量前的准备 (4)2. 测试显示/运算结果 (5)3. 数据采集 (7)五、WT3000高精度功率分析仪使用外部设备测电流 (8)1. 电流钳 (8)2. 电流互感器 (8)一、WT3000高精度功率分析仪简介在所有YOKOGAWA WT系列功率分析仪中，WT3000具有最高的精度。
WT3000基本功率精度达到读数的±0.02%，测量带宽为DC和0.1Hz~1MHz；提供4路测量通道，最多同时可配置4个输入单元；可提供高精度的输入/输出效率测量，各个测量通道可单独测量，也可组合测量，有5种测量模式。
1. 前面板WT3000的前面板如图1所示：1-电源，2-外部存储接口，3-显示屏，4-电压量程设置，5-电流量程设置，6-测量通道选择，7-光标，8-数值/波形显示设置，9-文件保存，10-上位机连接。
WT3000的后面板如图2所示图1 WT3000的前面板2. 后面板WT3000的后面板如图2所示：左边为4路测量通道，测量通道孔①测量电压，孔②采用外部电流钳测量电流，孔③是直接串入WT3000测量电流，孔④为GP-IO接口，可连接到数据采集卡，让上位机软件测量计算。
图2 WT3000的后面板二、WT3000高精度功率分析仪的测量显示1. 数值显示WT3000的显示屏数值显示如图3所示：1-测量方式，2-测量功能，3-测量量程，4-测量通道，5-测量模式，6-测量时间。
图3 WT3000测试数值显示注意：(1) 非数值显示：--OL--量程溢出显示；--OF--运算溢出显示；-------无数据显示；Error：错误显示。
功率分析仪基础-电压与电流测量电压与电流测量是电子测量的基础，目前由于各种大功率的电力电子开关设备的普及应用，需要对交直流电压、交直流电流信号进行全面的测量：观测其波形，分析信号的谐波含量，测量有效值、直流值等。
PA系列功率分析仪就是一种能够很好满足这一需求的测试仪器。
什么是电压电压是两点间电场强度的线积分，代表电场力对单位正电荷由场中一点移动到另一点所做的功。
电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。
标量，符号“U”。
电压在国际单位制中的主单位是伏特（V），简称伏，用符号V表示。
1伏特等于对每1库仑的电荷做了1焦耳的功，即1V=1J/C。
强电压常用千伏(KV)为单位，弱小电压的单位可以用毫伏(mV)微伏(μv)。
它们之间的换算关系是：1kV=1000V；1V=1000mV；1mV=1000μV。
如果电压的大小及方向都不随时间变化，则称之为稳恒电压或恒定电压，简称为直流电压，用大写字母U表示。
如果电压的大小及方向随时间变化，则称为变动电压。
对电路分析来说，一种最为重要的变动电压是正弦交流电压(简称交流电压)，其大小及方向均随时间按正弦规律作周期性变化。
交流电压的瞬时值要用小写字母u或u(t)表示。
电压可分为高电压，低电压和安全电压。
高低压的区别是：以电气设备的对地的电压值为依据的。
对地电压高于或等于1000伏的为高压。
对地电压小于1000伏的为低压。
其中安全电压指人体较长时间接触而不致发生触电危险的电压。
按照国家标《GB3805-83》安全电压规定了为防止触电事故而采用的，由特定电源供电的的电压系列。
我国对工频安全电压规定了以下五个等级，即42V，36V，24V，12V以及6V。
如何测量电压电压测量是电子测量的基础，传统测量仪器中，用于电压测量的仪表主要是数字万用表，但是数字万用表通常适用于直流或低频正弦波电压测量。
目前由于各种大功率的电力电子开关设备的普及应用，需要对交直流电压信号进行全面的测量：观测其波形，分析信号的谐波含量，测量有效值、直流值等。
1. 功率分析仪应用解析：电压电流测量模式的选择
十九世纪中叶，在英国工程师法拉第和麦克斯韦的电磁转换经典理论的基础上，德国科学家西门子发明了实用的交流发电机，而比利时工程师格拉姆发明了第一台直流发电机。
不同的发电方式，为后来电能输送的“交直流之争”埋下伏笔。
1.1 百年前变压器助力交流电最终赢得市场
由电路基础知识可知，输电距离越远，线路的电压压降越大，因此实现远距离输电，必须升高电压。
由于当时发电机输出电压较低，直流输电只有通过串联发电机的方法将电压升高，到了用电方也需要用串联的方法使用，这些都构成了直流发电系统可靠性大大降低。
而另一方面，1883年，实用性交流变压器的发明，使得交流输电电压更高、输送距离更远，这使交流输电彻底胜出，交流电随后在全世界范围内被迅速推广，成为电力系统大发展的起点。
1.2 百年间高压直流电优势越来越明显
交流输电优点是无需整流、升降压技术简单。
但远距离交流输电可能引起系统振荡，由于不能对交流系统故障进行快速隔离，交流电网局部故障可能引起大面积交流系统崩溃，随着电力系统的迅速扩大，输电功率和输电距离的进一步增加，超高压交流电遇到了一系列不可克服的技术上的障碍。
相比而言，同样电压等级，直流输电能输送更大功率，电缆损耗小，而且直流输电还能有效地对电网故障进行隔离，防止故障扩散，大功率换流器的研制成功，更为高压直流输电突破了技术上的障碍。
在我国电力系统处于交直流共同发展的阶段，“西电东送、交直流混合运行”是目前我国电网的一大特点。
典型案例如：溪洛渡直流工程
1.3 交直流各有优势，电信号测量模式的选择也各有春秋
交直流并没有明确的优劣之分，关键在于使用的场合，功率分析仪测量模式的选择，也是同样道理。
正确选择测量模式，不仅需要知其然，还得知其所以然。
下午对普通万用表、高精度功率分析仪在于交直流测量方面的原理和应用进行解析：
在交流电功率的测量中，一般并不需要知道瞬时值，而是采用有效值表征交流电的大小。
定义：在相同的电阻上分别通以直流电流和交流电流，经过一个交流周期的时间，如果它们在电阻上所消耗的电能相等的话，则把该直流电流的大小作为交流电流的有效值。
在传统的万用表上，通常使用以下几种方式实现有效值的计算：
1）峰值检测法
用峰值检测电路测量信号峰值，再除以波峰因数（1.414），得到信号有效值。
特点：仅适合正弦波。
2）整流平均法
对测量信号进行全波整流，然后用积分电路求得信号的平均值，再乘以波形因数（1.1107），得到信号有效值。
特点：仅适合正弦波。
3）真有效值法
采用真有效值测量电路直接测量信号的真有效值。
特点：适应任意波形。
功率分析仪的同样具有RMS、MEAN、RMEAN等三种测量模式
与万用表采用模拟电路的方式不同，功率分析仪采用高精度ADC采用技术和FPGA运算处理，可实现更高精度和带宽：
1）真有效值RMS——方均根值：
2）整流平均值RMEAN——将信号的1个周期进行整流，即采样数据绝对值的积分平均值。
3）校准平均值MEAN——测量出整流平均值之后，乘以波形因数就得到校准平均值校准平均值等于有效值只有在被测信号为正弦波时才成立，否则等于复杂信号的基本有效值。
校准平均值（MEAN）常用于正弦调制PWM波形的基波有效值的测量。
变频器的输出的PWM电压波形含有大量的高次谐波，而电动机转矩主要依赖于基波电压有效值。
因此，电机试验需要测量的电压值，以及变频器上指示的电压值都是指基波电压有效值。
若输入波形为畸变波形或直流波形，则运算结果约等于基波有效值。
目前，关于变频电机的试验标准较少，《IEC60349-2:2002电力牵引轨道机车车辆和公路车辆用旋转电机-第2部分：电子变流器供电的交流电动机》中已明确指出：电压测量采用基波有效值。
4）直流模式DC——即信号1个周期的平均值。
对计算直流输入信号的平均值和叠加在交流输入信号上的直流成分非常有效。
简而言之，真有效值适用大部分场合，DC模式用于交流信号叠加的直流信号分析，校准平均值、基波有效值常用于变频器PWM信号分析。
