实测问题

大致情况是用AC电源驱动电源产品，由电子负载控制输出功率，采用WT系列功率分析仪测量电流、电压、功率等参数，电压采用并联的方式、电流采用100A额定的shunt采集，压降由BNC线接入WT系列功率计的外部传感器端子。按测试工程师的描述：在正常工况下，电流/电压功率等电力参数测试数据均无异常，但在低载约80VA测试时（约数百毫安电流），WT系列功率计的显示会出现：视在功率=0、无功功率=0、电流=0、但奇怪的是此时的有功功率会显示数十W的数值（波动较大）。

测试中，为了验证数据可靠性，如图采用两台WT同时测量(电压并联)，采集同一个外部传感器的电流信号。

原理剖析

从以上的现场实测数据来看，确实出现了难以理解的怪现象。我们熟知的中学物理及电工原理中对于有功、无功、视在功率的定义为：

由以上定义可知，对于交流功率，视在功率肯定是大于或等于有功功率，不可能出现有功功率不等于零而视在功率为零的现象。那么WT系列功率计测量时出现如图1的显示，是否意味着WT运算BUG或者仪器有故障呢？

答案是否定的，仪器的显示没有BUG也没有故障，要解释这个貌似BUG的现象就要从功率计测量原理谈起。

从以上公式可以看出，电压Urms、电流Irms、有功功率P的测量都是通过瞬时采样的电流、电压进行积分运算后平均，而WT系列功率计显示的视在功率S和无功功率Q是如何计算得到的呢？

视在功率S=UrmsxIrms、

Q²=S²-P²(1P2W)

在这里我们可以看到，WT系列功率计显示的视在功率与测量的有功功率P无关，S的大小取决于Urms和Irms，这就很容易理解为什么有功功率P有数值显示，而视在功率和无功功率都为0，原因就在此时的Irms为0。

可是为什么明明有80VA的输出，而Irms测量数值为0呢？这是因为功率计对测量的显示范围有如下规定（WT210）：

如果电压或电流跌到额定量程的0.5%(峰值因素3；峰值因素6时，为1.0%)以下，视在功率(VA)和无功功率(var)将显示“0”，功率因数(PF)和相位角(deg)则显示“err”。

下表列举了目前主流WT系列功率计的Urms和Irms显示范围（额定量程）

在这个实测案例中，使用的是100A额定的分流器，可以判断，此时的电流肯定是小于500mA，数值小于最小显示范围因此被忽略了。那么有人会问：为什么有功功率P有数值显示呢，从上面的公式可以明白，有功功率是电压瞬时值与电流瞬时值相乘，此时虽然电流很小但电压瞬时值很大，相乘之后的数值达到了最小可显示值的要求，因此有功功率有数值显示。

再继续深入思考：此时显示的有功功率P靠吗？答案也是否定的。首先按WT210的误差来计算，有功功率误差0.2% 加上0.2级的分流器误差，那么误差至少0.4%，此时的功率量程300Vx100A=30KW，也就是说误差就超过120W，几十W波动很大的显示值根本不可靠。此外即使Irms有显示，100A额定的分流器，几百毫安的电流压降也就零点几个毫伏，这么小的电压在接入外部传感器端子时，外界的噪声和干扰会会覆盖真实信号，造成电流及有功P测量显示“假数据”。

解决方案

对于这种工况（大电压/小电流）怎样才能精准测量呢？推荐采用仪器本体测量，即电流直接串联的方式（如 下图）

大电压小电流时，可采用图4电流表内接的方式，以避免电压表分流的影响。

横河功率计WT310E有5mA~20A大范围量程，支持测量毫瓦级的待机功耗以及最大23A电流测试，能满足大部分家电以及小功率电源的全程动态测量。此外，横河功率分析仪WT5000的5A模块最小5mA量程，有效输入1%(50μA)，0.03%精度可以胜任更高的测试需求。

目前很多测试满载电流超过50A，都会用到高精度的零磁通传感器(如CT60、CT200等)，此类传感器具有万分级的精度和较高的交流信号测量带宽，但对于1A以下信号的直接测量也不能达到理想的效果。那么可否用CT测量1A以下小电流呢？我们建议采用多绕匝的方式有效地提高CT测量小电流的精度。

举个简单的例子：测试电流500mA，如果导线足够长，可以在CT环上绕匝10圈，就等同于测量5A的效果，将原800:1衰减比设置为80:1，采用此方法可以有效扩展固定衰减比CT的测量范围。当然采用此法测量时，要确保实测电流x绕匝数≤CT最大可测量电流。

目前有些工程师对于测试这种小电流也会采用示波器用的可变比例的霍尔电流探头，虽然有些霍尔电流探头有很高的带宽、μA级的电流分辨率和可变衰减比例(万倍动态测量范围)，但对于功率测量来说是不推荐的，因为霍尔型电流探头精度一般在1%～3%左右，这个误差对于普遍千分级精度的功率测量来说是无法接受的。现在的电源产品设计要求和瓶颈越来越高，效率提高0.1%都极其困难，1%以上的误差对于测试工程师来说简直就是灾难。

综上所述：对于功率测量，没有一款仪器是万能的，即使再高端的仪器也不能覆盖所有的测量范围，我们可以通过不同传感器及测试技巧扩展测量范围。

对于测试中出现的数据异常等表象，我们可以通过对仪器了解以及测试回路的分析，透过现象看本质，从而做到“见怪不怪”。

关键词:功率计 有功功率 视在功率

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来 源：横河测试测量

编辑：仪器仪表WXF

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