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功率分析仪采样的数据计算方式

来源:未知 编辑:admin 时间:2018-11-05 09:51

   

  功率分析仪采样的数据计算方式主要有两种:ASSP 和 EAMP。

  ASSP 是 Average for the Synchronous Source Period 的缩写,翻译成汉语是同步源区间简单平均法。该方法通过频率测量回路检测出设为同步源输入信号的周期,并将该周期的整数倍区间设为测量区间,对测量区间内的采样数据进行简单平均运算,使用各种运算公式计算得出最终的测量结果。它需要设定同步源,也需要正确检测出设为同步源信号的周期,否则可能会出现测量不稳定,或者不准确的现象。

  EAMP 是 Exponential Average for Measuring Period 的缩写,翻译成汉语是测量区间指数平均法,该方法对整个更新区间内的采样数据进行计算,得出测量值。该模式不需要设置同步源。

  两者主要的区别就是在数据计算的区间上。ASSP 依赖于同步源的信号周期,即取整周期进行计算,需要对整个数据更新周期内的数据掐头去尾进行运算;EAMP 使用整个更新周期的数据进行计算。两者之前的区别如图 1.1 所示。

  图 1.1 数据更新周期和测量区间关系

  当更新周期较小或者被测信号的频率较低的时候,准确测量被测信号的周期,取整周期数据进行运算,可以保证测量结果更加稳定和准确。因为当数据更新周期较小的时候参与运算的数据较少,此时如果不是完整周期进行运算,多余的数据对运算结果影响会较大。而对于被测信号频率较低的时候,如果不使用同步源,则非常容易出现不完全的周期运算,结果很容易出现较大的跳动。所以这种情况下选择 ASSP 模式进行测量,可以保证很好的稳定性。

  但是对于有些情况下的测量,如交流变频器效率测量,其输入是单相交流信号,输出是频率不同于输入的三相交流信号,如图 1.2 所示,这种情况下如果使用 ASSP 模式进行同步源设置,两边如果选择同一个同步源,则一定会出现输入或者输出信号不是完整周期的情况, 如果分别选择同步源,则会出现输入和输出的计算区间不同、时间上不同步的现象,所以这种情况下使用同步源进行整个周期同步测量时可能会出现效率测量结果不准确和跳动较大 的现象。

  图 1.2 交流变频器

  对于变频器这种无法使用同步源选择测量区间的情况,则需要使用 EAMP 对整个更新周期的数据进行运算,此方法不存在周期检测误差等因素,因此获得的测量值具有较高的稳定性。运算公式如下:

  

  Xn: 测量区间内第 n 次的采样数据。

  Yn: 测量区间内第 n 次指数平均的输出值。

  Yn-1: 测量区间内第 n-1 次指数平均的输出值。

  A: 常数。

  通过多重迭代该公式求取测量值,迭代的运算量较大,使用 FPGA 来完成计算处理。

  1. 随机采样

  理解的运算区间后,我们再来看一起的采样,当仪器的采样率远大于输入信号频率时, 仪器将正常运算,这点不会有任何争议,但当仪器的采样率低于输入信号频率,包含在信号中的高频成分将丢失。这时,根据 Nyquist 的采样定理,将出现仪器信号中的高频成分被误处理成低频数据的现象,此现象称为混淆现象。Nyquist 定理在示波器等仪器上面需要满足, 但是对于功率分析仪这种分析稳态信号的仪器,不满足这个定理也可以进行准确测量,即使用等效采样的概念进行采样运算,如图 2.1 所示。要求被测信号必须是稳定的周期信号,否则测量结果会有相对较大的误差。所以功率分析仪是稳态测量仪器,瞬态分析能力较弱。

  图 2.1 采样混淆

  当功率分析仪被测信号频率和采样率之间是整数倍关系的情况下,则对于整个更新周期内,采样率都是固定出现在被测信号的固定位置上,采样获取被测信号的信息量是很有限的一部分,无法获取被测信号的全部信息,结果就会出现测量不准确和跳动的现象。当采样率和被测信号之间无整数倍关系时,采样点会按照每个周期的时间累积等概率的出现在被测信号的全部波形上,则可以获取被测信号的全部有效信息,从而计算得出被测信号的准确的测量结果。

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