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功率测量中的时钟——同步源原理解析


  来源: 仪器仪表商情网 时间:2015-08-11 作者:荆楚
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 一般而言石英表精确度比机械表较高,瑞士标准是月误差在15秒之内。有些精准的机芯更是可以达到年误差几秒之内,但是即使最名贵的瑞士手表,时间走时都会有误差,这是什么原因呢?

 手表中机芯很重要就跟人的心脏一样,在石英钟表中,使用32.768kHz的晶振产生振荡信号,经过15分频得到1Hz信号,每个周期驱动秒钟走一下。晶振频率的精度和稳定性决定了手表走时的精确度。晶振最为重要的一个参数就是PPM,一个PPM等于百万分之一。普通的石英表使用的晶振精度为20个PPM,最名贵的瑞士手表使用的晶振精度可以高达5个PPM。

 在功率测量中,同样需要一个时钟,PA6000功率分析仪使用的恒温晶振频率为100MHz,而精度达到1个PPM以下。对比手表中使用的32.768kHz、20个PPM高出几个数量级,这毫无用处。

 一、 为什么功率测量需要时钟?  光伏逆变器、变频器、UPS等各类电源的功率转换效率已经高达98%,未来将进入长期而缓慢提升的阶段,0.2%的效率差距足以影响客户的选择。功率测量是计算电源效率的基础,下文为您一一解析高精度同步时钟在功率测量中的作用。

 根据交流电的使用场合,对其有效值计算可选用4种常用模式:真有效值、整流平均值、校准平均值、基波有效值,保证电压、电流测量的准确性,然而,电压、电流仅是功率测量基础,不同通道间的同步误差控制是功率测量的关键点。

      根据有功功率计算公式:P=U*I*cosφ,在电源在高效率工作时φ非常接近0,在测量50Hz的信号时,假如电压、电流通道存在1ms的同步误差,计算得到cosφ ≈ 0.95,电压、电流通道间1ms的延时引起的有功功率偏差竟然达到5%!
       由此可见,保证电压、电流通道同步性是准确测量电功率的核心,而引起通道同步误差的主要因素有:
      1) 电压、电流通道特征阻抗的差异,电流通道比电压通道增加一个分流器,而分流器 的特征阻抗会影响高频信号的传输延时,限制仪器带宽;
       2) 三相交流电通过不同的功率板卡输入,板卡之间存在同步误差;
       3) 同步采样时钟存在温漂,影响电流、功率积分数据的精度;
       为了保证精确测量,PA6000功率分析仪采用全新的硬件架构,从根源上保证了电压、电流通道间的同步误差达到业界最小的10ns。

关键词:功率测量,分析仪,时钟    浏览量:1320

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