WT3000三相功率分析仪在电源测试中的应用研究

摘要：为了改进传统的电源测试方法，采用电源功率分析仪WT3000取代传统测试设备，并配合电子负载、计算机、程控接口等实现电源的自动测试。经试验证明，该电源功率分析仪简化了好多原本繁冗的操作步骤，同时也避免了一些人工操作带来的风险，使得电源测试具有安全、便捷的特点。
关键词：电源；功率；电子负载；自动测试

随着高尖端仪器设备的不断问世，为了满足其高性能，高精确度的要求，高稳定性纯净的电源就显得尤为重要。电源特性等因素对实验的顺利进行起着至关重要的作用。
WT3000以其强大的功能在电能质量分析中扮演着重要的角色。其便捷的操作和多种通讯接口，紧扣时代的主题。给人们在带来工作方便的同时，也为测试方法的改进提供有力的保障。甚至在某些方面可以颠覆繁冗的传统测试观念。

1 传统的电源测试
衡量电源性能的指标主要是指示准确度，带载调整率以及随供电电源变化的电压调整率等。直流电源更多地考虑纹波噪声带来的影响，而交流电源则是受失真度的影响比较大。所以在电源测试中，一方面得用指示设备(如数字多用表，示波器，失真度仪)来分别测试被检电源在加载和卸载情况的输出性能，另一方面还需要在一定范围内改变被测电源的供给电压，即加调压装置或可变交流输入电压，测试其带载输出。这样的操作分别要在恒压和恒流两种模式下进行，在恒压模式下，负载与测量设备是同时加在电源输出端的，即电源与数字电压表是并联的；在恒流模式下，负载和数字电流表和电源是串联在回路里的。此时应该特别注意，电源输出应经过负载以后再串接电流表，以降低电流表端子承受高电压带来的危险。
在调压装置后需要监视被检电源的供给电压，这不需要很高的准确度，用指示仪表就可以了。总的来说，电源测试框图如图1所示。

其中测量设备包括数字多用表，示波器或失真度仪等，开关控制负载通断，在测试带载电流时，数字电流表与负载形成串联回路即稳流模式；在测量稳压模式中，数字电压表并联在被测量电源的输出两端。注意，此时数字电压表不能随意连接在负载两端，会引起不必要的测量误差。

2 WT3000带来的测试变革
2．1 多通道同时测量
在传统测试方法中，指示设备都是单线程的。在多路输出电源中应用起来比较麻烦，需要测试完一路再接线测试另外一路，尤其在三相交流电源测试中，如此反复的换相操作还是比较繁琐的，也特别危险。
针对WT3000的多通道同时测量，可以将电源的多路输出与WT3000的多路通道测量对应起来，同时进行多路输出测试。这样既避免了反复换相的麻烦，也提高了效率，其安全性也不言而喻。
2．2 集合多种仪器功能可以一机代多机
前面所提到的测量设备包括有数字多用表，示波器，失真度仪等。有的失真度仪对输入的电平幅度有一定的限定要求，所以使用时可能还必须根据需要配套衰减探头等辅助工具，复杂的接线自不必说，如此多的设备可能对测试数据的影响也比较复杂和多元化，因此，分析影响量来就不是那么容易了。
WT3000以其谐波分析功能可以测量及分析电源的谐波失真，在实现数字多用表功能(电压、电流)的同时，还可测试出失真，频率，相位，功率等参数，可以说它是数字多用表和失真度仪功能的结合甚至还有补充。此外WT3000的波形分析功能也能一定程度上分析纹波参数。这样就很容易分析数据，解决测试问题。[p]
2．3 相角测量
在测试交流三相电源中，相位也是一个很重要的指标参数。在一般测量中，很容易忽视这个测量参数。尤其在三相负载不平衡时，相位角测量误差尤为突出。为此，先叙述一下平衡负载的概念。所谓平衡加载，就是指交流电源三相输出所承受的是相等的负载，三相之间角度标称值是120°。而在某一相加载较轻，如某相负载为其他两相固定负载的1／3时，三相的输出电压相对平衡负载会有一定的变化，这时三相之间的夹角与120°有一定的误差。对于质量特性好的电源来说，这个测量误差相对较小。
传统的测试方法是直接测量相电压法来实现的，通过余弦定理，可以计算出相角。即：

其中，A，B，C是三相与零线N之间的电压，AB,BC,AC是相与相之间的电压，都是测试出来的，c，b，a分别是A-B，A-C，B-C之间的相角。通过数据处理计算出相与相之间的角度。这样做有一定的计算量，还不够直观明了，且操作起来麻烦。
测试负载效应时，无需换线等，只要稍稍调整负载，就可用WT3000的矢量分析功能来获知三相间的矢量图，即幅度相角等，DELTA计算(／DT)功能还能方便快速测量相电压等。
2．4 分析电源的转换效率
电源的转换效率就是指其输出的功率与其所消耗功率(即输入功率)的比值，即

相比于传统方法，需要将被测电源的输入输出功率分别测试，除了复杂的接线外，测试起来也不能很好地保证同步性。而测试效率时，同步性恰恰是最关键的。
如果能用一台设备就能完成输入输出功率的同时监测，就能很好地保证同步性了。WT3000的多通道能使输入和输出功率在一个操作界面中比较，其分析存储打印等功能对分析电源效率还是相当方便的。

3 电源的自动测试
随着自动化技术的发展，自动测试技术应用领域也逐渐覆盖到工作中的方方面面。WT3000配有PC卡槽，GP-IB接口，BS-232接口，以太网接口和USB接口等，接口的多样性确保能和计算机等其他设备程控通讯。这样无论你工作中使用的是基于C／C++等语言编程工具，还是基于Labview等图形编程工具，都很容易轻松实现电源的自动测试。
尽管数字多用表、示波器、失真度仪等都可以程控操作，但是在实际应用中，由于仪器设备繁多，有的甚至还不能被程控，而且手动操作(比如反复换相，接线等)的过多，这样自动测试就显得不是那么必要了。正是由于前文提到WT3000的集合多种功能于一体和测试过程中便捷性决定了电源自动测试的可行性。用户可以根据其需要编辑相应的测试程序，通过程控端口，实现对程控电源、程控负载以及WT3000的自动控制。模型示意图如图2所示。

其中，程控电源，程控负载及其测试标准WT3000都是按照电源测试方法连接的，参照图1，视具体情况而定。比如在测试恒压态指标时，需要将WT3000和程控负载并联在电源的输出端口上；而在测试恒流态指标时，又需要将WT3000和程控负载与电源一起串联成一整个回路等，这里就不再赘述。需要注意的是，控制电源的输出和负载的打开一般需先行输出电源再行打开负载，必须保证电源的输出功率在电子负载的承受功率范围之内，直流电子负载的正负向必须与直流电源的正负向相对应。如有异常必须立即关闭电源输出以确保人身安全和设备免受损坏等。
由于在这个模型中，电子负载和程控电源都是相互扮演着辅助设备的角色，真正测试结果都是在WT3000上体现的，所以此方法对电子负载的测试也同样适用。

4 结束语
本文都是工作中实践经验的总结，所提到设备的特点是针对于测试过程中问题提出的。旨在改进电源的测试方法，提高工作效率。通过以往的基础以及发现的问题，适时结合设备的特点，发掘出其更多的作用。