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功率分析仪WT5000高级滤波功能介绍

2022-08-24 lmyadmin

在功率测量中常常需要用到滤波器,但是很多用户对于横河功率分析仪WT5000中两种滤波器的区别以及设置方法常常会感到疑惑。本期,我们将对WT5000的线路滤波器(Line Filter)和频率滤波器(Frequency Filter)的区别和各自的作用,以及WT5000的高级滤波功能进行详细介绍。




什么是滤波器?


滤波器是一种选频装置,可以使信号中特定的频率成分通过,而极大地衰减其他频率成分。利用滤波器的选频特性,可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。(例如:去除电源中的高频噪声)。



线路滤波器和

频率滤波器的区别


WT5000内部配置了两种滤波器——线路滤波器(Line Filter)和频率滤波器(Frequency Filter),这两种滤波器所在的回路不同,因此产生的作用也不同。


线路滤波器(Line Filter)
  • 属于低通滤波器,会去除信号的高频成分(高频谐波成分),仅测量低频成分。

  • 会导致电压RMS、电流RMS、有功功率P等测量值发生变化,谨慎使用。

  • 对于变频器PWM电压测量来说,如果必须要开启线路滤波器去除高频干扰的话,一般要保证线路滤波器的截止频率至少是调制波频率的9倍至10倍以上。电压测量可能会产生一定的衰减作用,但基本不会对功率测量产生影响。


频率滤波器(Frequency Filter)
  • 又可称作零交叉滤波器,用于去除进入频率测量电路的输入信号的高频成分。

  • 对测量的电压/电流波形没有直接影响,但对周期检测有影响。

  • 对于高频噪声很多或者严重畸变的波形,需要使用频率滤波器才能得到稳定的信号频率。

  • 功率计算需要准确设定被测信号的周期,使用频率滤波器过滤掉无关的频率含量。

  • 谐波分析需要获得准确的基波频率,需要使用频率滤波器。



高级滤波功能及设置方法


WT5000线路滤波器(Line Filter)
的数字并行通路结构

由于谐波分析算法的特殊性,WT5000中将常规测量和谐波分析分别用两个并行的运算电路进行数据处理。

常规测量回路:采用常规功率算法,负责电压、电流、功率、效率等常规参数的运算

谐波分析回路:采用FFT算法,负责相关信号的各次谐波运算及谐波畸变率等谐波分析

常规测量和谐波分析对信号的滤波处理要求不同;WT5000采用了数字并行通路结构,为常规测量和谐波分析分别配备了独立的数字线路滤波器,用户可以单独设置截止频率。

如下图所示,将高级线路滤波器设置打开时,即可单独对每个通道的常规测量和谐波测量分别设置不同的截止频率;两个线路滤波器的截止频率可以从100Hz至100kHz,以100Hz的分辨率任意设定。




WT5000频率滤波器(Frequency Filter)
的高级滤波设置


WT5000的频率滤波器除低通滤波外,同时支持高通滤波,可以有效去除低频干扰对基波的影响。

高级设置关闭时,高通滤波器固定为打开,截止频率为0.1Hz。

开启高级设置后,除了高通和低通滤波器以外,还可以设置整流信号源和零交叉电平,同时测量同一信号的基波频率和载波频率。对于叠加在直流偏置信号上的交流信号,即使没有过零点,仍然可能通过设置高通滤波器测量到该交流信号的频率。


▲频率滤波器高级设定打开时

  • 高通滤波器可以选择以下截止频率:0.1Hz,1Hz,10Hz,100Hz~100kHz (0.1kHz步进)。

  • 整流器一般用于整流波形基波的测量。

  • 交叉电平可灵活设定,用于检测幅值变化较大或者无过零点的信号的频率。


WT5000的第二频率测量:WT5000可以同时测量单个输入信号的两个频率(如基波和载波)。将第二频率测量功能打开后,可以设置第二频率的高通截止频率及交叉电平。

如上图所示,例如,如果单元1的电压信号基波为50Hz并叠加1kHz的载波信号,WT5000可以同时测量50Hz和1kHz。测量1kHz频率时,需要设置第二频率测量的频率滤波器。



高级频率滤波的应用实例:

失真波形的周期检测方法


利用WT5000功率分析仪频率滤波器中的高级设定,精确设置数字滤波器的截止频率和零交叉电平,可以准确测量失真波形的周期。

▲ 整流器OFF时的测量周期检测


  • 如上图中的电源整流波形,由于每个载波周期的幅值变化很大,使用默认的过零交叉电平很难测得稳定的载波频率。如果手动调整交叉电平,就可以准确测得载波的频率。

  • 通过打开整流器功能,将上述波形整流为下图的波形,然后设置合适的频率滤波截止频率,再设置合适的交叉电平位置,就可以得到信号的变化周期(基波频率)

▲ 整流器ON时的测量周期检测

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