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功率分析仪带宽高于采样率,真的能准确测量吗?

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  • 发布时间:2015/9/6 14:23:00
  • 作者:ljl_yinhe

问题的提出

  目前市面上部分功率分析仪标称的带宽高于采样频率,似乎不受奈奎斯特定理对于采样频率与带宽的限制,其实,是由于其采用了等效采样的方式,实现相对低采样率对高频信号的采集,变相的达到了拓宽分析仪带宽的目的。那等效采样是否有那么神奇,对于我们以精确可靠测量为目的的功率分析仪来说,采用等效采样的方式,能准确测量吗?

  首先给出答案:

  等效采样,确实是一种数字采样手段,是高速示波器的关键技术之一。

  但是,采用等效采样方式的功率分析仪只能测量特定的信号,并不适用于所有信号的测量,特别是变频电量测量领域。

等效采样原理

  下面从等效采样原理的示意图来分析,如图1所示。

周期信号等效采样示意图

  图1 周期信号等效采样示意图

  为了直观表述,以采集两个周期信号为例。在第一个周期采样若干个点(红色点表示),在第二个周期延时ΔT后,采样若干个点(蓝色点表示),由于波形是周期重复的,前后两个周期采样得到的信息都能代表同一个波形,所以将前后两个周期的采样点重组,可以很好的还原被测信号。

  当相邻的两个波形不一样,采用等效采样必然会出现错误。所以,等效采样对被测信号有着严格的要求:必须是周期性重复信号。

对变频器的输出采用等效采样

  对变频器输出的固定频率(周期)PWM波,采用等效采样,如图2所示。

周期PWM波的等效采样

  图2周期PWM波的等效采样

  变频器主要应用于电机的变频调速,通过调节输出PWM波的基波频率,实现电机的转速调节。在电机调速(改变基波频率)的过程中,变频器的开关频率并不一定是基波频率的整数倍,特别是固定开关频率的变频器,其输出波形中相邻两个周期的波形必然是不一样的,也就是非周期PWM波。

  对于非周期PWM,采用等效采样,如图3所示。

非周期PWM波的等效采样

  图3 非周期PWM波的等效采样

  从图3可以看到,对于非周期的PWM波采用等效采样,出现了较大的误差甚至错误。

结语

  在变频电量测量领域,所面对的测量对象,基本没有严格的周期信号,采用等效采样的功率分析仪,会产生一定程度的信号失真,影响测量的准确性和正确性。