如何準確測量1500V直流功率：LMG600系列高精度功率分析儀全新S3模塊測試方案
發布時間：
2025-01-20 14:27
來源：
如何準確測量1500V直流功率：LMG600系列高精度功率分析儀全新S3模塊測試方案
直流電流使用的增長
雖然喬治·威斯汀豪斯在一個多世紀前的“電流大戰”中擊敗了愛迪生，但直流電近年來卻生機勃勃地卷土重來?；剂蟽α康臏p少和人們對排放對全球氣候的影響的認識提高，都導致了可再生能源的激增。能源的清潔生產只是其中的一半；越來越多的電力技術用于交通，確保了消耗側的排放量保持低水平。事實證明，光伏與電動汽車的結合是非常有吸引力和可擴展性的。不可否認，在電力存儲方面仍有優化的潛力，但混合動力和電動汽車不斷增長的市場份額使得對高效電池技術的研究更具吸引力，從而推動了創新。隨著電能的生產和利用都是直流的，人們很自然地開始考慮直流電網的配電?？偠灾?，我們看到一系列令人印象深刻的直流電應用正在迅速發展：
• 高壓直流輸電線路：提高長距離輸電效率
• 光伏陣列：直流組串從戶用到大型電站級，達到1500 VDC的系統工作電壓，以最大限度地降低系統平衡（BoS）成本
• 直流充電樁設施：在直流高功率水平上運行的電動汽車的快速充電站
• 電動汽車：由電力傳動系統驅動的乘用車、公共汽車、重型貨車和農用車
• 直流儲能系統：在直流微電網上直流耦合儲能系統的太陽能可持續利用
從測試儀器的?度來看，從交流到直流的轉變也需要在測試和測量??進?調整。畢竟，追求更環保的能源形式并不意味著我們會忽視損耗和效率??。即使我們?視成本，也有其他很好的理由避免浪費能源。由于充電樁并不是?處不在，充電時間遠遠超過傳統的加油時間，電池每增加?英?的?駛?程，都有助于使從燃油?到電動汽?的過渡更具吸引?。對于以前的應?來說，仍然有效的是：效率越低，散熱越多，產品或組件的可靠性和使?壽命就越差。
為什么使用功率分析儀進行直流測量？
對功率測量需求的增加并不會自動轉化為對功率分析儀需求的增加。由于直流功率很容易計算——無需考慮相角，功率因數等——為什么使用功率分析儀，而不是選擇更便宜的萬用表？有幾個很好的理由：
• 可用性：分別測量和相乘電壓和電流可能很麻煩且容易出錯。功率分析儀具有出色的易用性。
• 衍生值：通常，測量的直流功率需要對應的交流功率（直流轉交流，反之亦然）進行設置，以確定效率。在這一點上，無論如何都需要真正的功率分析儀，那么為什么不一舉兩得呢？
• 帶寬：要測量的直流信號很少沒有交流成分。通常，DC-DC轉換器或整流器的開關頻率會產生疊加的殘余紋波。根據電壓和電流之間的相位關系，這種紋波可能會影響整體功率。雖然紋波含量可能很小，但當考慮效率>95%時，它可能會變得很大。
交流和直流測量有何不同？
在確定了這種新模式下對使用功率分析儀的持續需求后，我們需要仔細研究具體細節。當今的數字測量儀器都是基于電壓和電流采樣值的計算。最大信號幅值需要正確映射到A/D模數轉換器的輸入范圍，否則信號將被削波，從而導致測量無效。
在交流的世界中，人們通常考慮RMS值，因此為了避免削波，需要考慮峰值與RMS值的比值。該比值稱為波峰因數，對于通常的正弦波電網電壓，可以給出為√2≈1.414。因此，230V的典型真有效值電網電壓映射到325V峰值。然而，一旦信號失真，實際峰值可能會高得多。為了避免用戶的不適應，確定使用RMS值作為標稱值來標記測量量程檔。因此，在測量230V電網電壓時，用戶只需選擇250V量程檔位，而無需去考慮相應的400V峰值。雖然電壓波峰因數通常接近 ，但高達4的電流波峰因數并不罕見。測量量程的標稱值和峰值之間的差異需要考慮到這些情況。
在DC領域，情況非常不同。RMS值和峰值通常非常接近，波峰因子接近1。即使對于高達350 V的直流電壓，選擇400 V峰值測量范圍也不會感到不合適。50 V裕量足以覆蓋任何預期的紋波電壓。選擇250 V量程檔（如上所述，采用AC量程檔位）來測量350 V直流電壓將感覺非常奇怪。直觀地說，選擇下一個量程——峰值為800 V的400 V量程——將導致非常不理想的利用率，并且不必要地增加測量不確定性。
這個例子表明，在為測量量程選擇有意義的名稱（數值）時，沒有簡單的方法來協調交流和直流測量的需求。導致直流信號最佳利用的量程將有削波交流信號峰值的風險，反之，具有交流所需安全裕度的測量量程將導致直流電精度欠佳。
唯一的出路：為交流和直流信號提供不同的量程類型。
我們的新款功率分析儀 S 通道為交流和直流提供量身定制的測量量程。設置為交流模式時，標稱值和峰值之間的差異將考慮實際波峰因素。當設置為直流模式時，標稱值將更接近最大值，這表明可以更直觀地選擇量程，從而提供更佳精度。在上面的示例中，400 V 峰值對應于設置為 AC 時的 250 V 量程檔位，設置為 DC 時對應于 360 V 的量程檔位。
將端子之間的測量范圍增加到1500 VDC
通常需要增加電力系統中的電壓等級以減小電流，最小化導體橫截面并降低歐姆損耗。一個眾所周知的例子是光伏逆變器電壓限制從1000 VDC擴展到1500 VDC。因此，盡管BoS成本降低，太陽能光伏電站仍可提高效率。電動汽車領域也出現了類似的發展。對更快充電的需求導致更高的功率等級，并且電流本身受到可用空間和散熱可能性的限制。因此，預計在不久的將來，電壓等級將上升到1000VDC以上，特別是對于重型車輛。
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