Power analyzer foundation: current

1.1 电流定义

电源的电动势形成了电压,继而产生了电场力,在电场力的作用下,处于电场内的电荷发生定向移动,形成了电流。

电流的大小称为电流强度,简称电流,符号为I,是指单位时间内通过导线某一截面的电荷量。电流在国际单位制中的主单位是安培(A),简称安,用符号A表示。每秒通过1库仑的电量称为1「安培」(A)。电学上规定:正电荷定向流动的方向为电流方向。

强电流常用千安(kA)为单位,弱小电流的单位可以用毫安(mA)、微安(μA)。它们之间的换算关系是:

他们之间的换算关系是:

1 kA =1000A;

1A=1000mA;

1 mA =1000μA;

直流(DC)是指电荷的单向流动,一般是由像电池、太阳能电池等设备产生。在直流电中,电子以固定的方向流动。

交流(AC)是指电荷的运动会周期性的变换方向,和直流不同,直流电流的电荷只会单方向流动。一般商业、住家及工业用电多半是交流电,例如一般插座提供的电就是交流电。最常见的交流电波形是弦波,但在特殊应用中也会出现其他的波形,像三角波或方波。交流讯号有周期性的变化,其周期的倒数即为频率,常见的电源频率为50或60Hz。

1.2 电流测量

电流测量是电子测量的基础,传统测量仪器中,用于电流测量的仪表主要有:钳形电流表,数字万用表。数字万用表通常适用于直流或工频正弦波电流测量,钳形电流表主要用于工频正弦波电流测量。

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。


图 1PA系列功率分析仪电压等参数测量示意图


图 2PA系列功率分析仪波形显示示意图:大动态范围电流信号测量


图 3PA系列功率分析仪电压电流谐波测量示意图

PA系列功率分析仪可以用于各类变频调速系统、逆变系统等设备的测试,对电压、电流、功率、效率、谐波等进行测量与分析的高性能仪器,是变频技术高速发展的必然产物,也是变频技术持续健康发展的重要基础仪器,更是变频设备能效评测不可或缺的工具。


图 4功率分析仪对电流信号的测量:采样

功率分析仪的每个测量通道,对输入的电流信号进行采样,对采样得到的数据按照特定公式计算得到结果。

[1] Irms是电流的真有效值。将1个周期里的每个瞬时值先平方,求它们的平均值,然后再求平方根。相关计算公式如下所述。

[2] Imn是校准到有效值的整流平均值。将电流的1个周期进行整流,求得平均值,再乘以当输入信号为正弦波时成为真有效值的系数;但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。相关计算公式如下所述:

[3]Idc即电流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。

[4] Irmn即整流平均值。是将电流的1个周期进行整流,求得平均值。