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關于峰值因峰五點關鍵問題

時間:2014-7-4閱讀:3009

什么是峰值因素 

峰值因數通常用CF表示,是CREST FACTOR的縮寫,CF是指周期波形的峰值與有效值之比。正弦波的峰值因數是。振幅對稱方波或直流信號的波峰因數為1。其它更復雜的波形則具有較高的波峰因數,如表1所示。

表1 幾種波形的波峰因數

常見波形的峰值因數有哪些 

1、正弦波峰值因數 

峰值為1的正弦波的有效值為,因此,正弦波的峰值因數為,PA6000對正弦波峰值因數測量結果如圖1所示,不是標準正弦波,所以峰值因數約等于

圖1 正弦波峰值因數測量

2、三角波和鋸齒波峰值因數 

有效值就是方均根值,由三角波和鋸齒波的波形可直觀的看出,相同峰值的三角波的有效值與鋸齒波相同。根據有效值定義,不難算出,峰值為1的鋸齒波的有效值為,因此,三角波和鋸齒波的峰值因數為,PA6000對三角波峰值因數測量結果如圖2所示,不是標準三角波,所以峰值因數約等于

 

圖2 PA6000三角波峰值因數測量

3、方波峰值因數 

對于正負峰值相等的方波,任何時候的值為固定值,且數值上等于峰值,因此,其峰值因數等于1。由于峰值大于等于有效值,因此,方波的峰值因數zui大,換言之,所有波形的峰值因數都大于等于1,PA6000對方波峰值因數測量結果如圖3所示,不是標準方波,所以峰值因數約等于1。

圖3 PA6000方波峰值因數測量

變頻電源的峰值因數如何計算 

按照變頻電源的定義,其峰值因數通常不等于正弦波的峰值因數,以變頻器輸出的PWM波為例,其峰值取決于直流側的直流電壓,有效值由調制比決定,調制比越低,有效值越低,峰值因數越大。對于相同有效值的變頻電量,峰值因數越高,測量所選用的量程越大,測量的精度越低。如圖4所示,PA6000功率分析儀測試截圖,變頻器輸出電壓峰值因數3.5,電流峰值因數2.2.。

圖4 PA6000變頻器測量

峰值因數對電源有哪些影響 

非線性負載接受正弦波電壓時,其電流波形會產生畸變,畸變的電流波形的峰值因數可能大于,若負載的峰值因數大于,前端供電設備必須提供負載所需要的峰值電流,否則供電設備的輸出電壓波形會產生失真。

負載峰值因數因前端供電設備的不同而有差異,甚至當負載從一個輸入插口移到另一個插口時,峰值因數也會有所變化。峰值因數是負載與電源相互作用的結果。負載的峰值因數數值取決于電網的電壓波形,在電源設備輸出電壓波形為純正弦波的前提下,沒有輸入功率因數矯正設計的負載的峰值因數一般為2到3,在電源設備輸出電壓波形為階梯波的前提下,此種負載設備的峰值因數一般為1.4至1.9。計算機類負載的輸入電流的CF可能達到2.4~2.6。因此,UPS設計時常需能提供CF值為3或者更大懂得的額定電流,以滿足計算機類負載的應用。

峰值因數從另外一個角度反應了電源的特性和用電設備的特性,一個用電設備的電流峰值因數越大,說明其供電需要的沖擊電流越大,改設備對電網的危害越打。同樣一個電源能夠輸出的電流峰值因數越大,說明其耐沖擊的能力越強,該電源的性能越好。

 

峰值因數很大會帶來大量的諧波電流和諧波電壓成分,對整個供電系統造成危害。

 

峰值因數對測量儀器有哪些要求 

目前市場上的很多高精度功率分析儀標稱zui大可測量峰值因數為6,另一些高精度功率分析儀則標稱zui大可測量峰值因數為10,致遠電子的PA6000高精度功率分析儀zui高可以測量的峰值因數為300。

圖5 PA6000測量低占空比方波

對于市電、逆變器等測試,其峰值因數一般不會很大,只有變頻器的PWM等測量峰值因數很大,所以變頻器測試對峰值因數要求較高。理論上,PWM波的峰值因數可達無窮大。因為PWM波在輸出不同電壓值時,其峰值始終保持不變,因此,輸出電壓有效值越低,峰值因數越高。以額定電壓690V的變頻器為例,輸出電壓690V時,峰值因數接近正弦波峰值因數1.414,而輸出電壓為69V時,峰值因數接近14.14,輸出電壓為6.9V時,峰值因數接近141.4,對于峰值因數很大的信號,必須選擇大量程,儀器設置和測量精度有所不同。

 

PWM波的峰值因數較高時,調制比較小,脈沖寬度較窄,因此,有一種觀點認為,高峰值因數的PWM波,要求更高的帶寬和采用頻率。

實際上,這僅僅是局限于直觀、簡單的時域理解,對于PWM波而言,載波頻率確定了,其諧波分布和諧波頻率就基本確定,如果我們關注的諧波頻率是固定的,那么,測量帶寬和采樣頻率與調制比無關。

 

峰值因數的影響體現為:

 

1、高峰值因數時,基波含量變大,高次諧波相對含量較小,受帶寬限制帶來的影響較小;低峰值因數時,基波含量變小,高次諧波相對含量變大,受帶寬限制帶來的影響較大。如果上述高次諧波不是關注對象,由此帶來的影響可以忽略。

 

2、信號基波頻率是FFT算法的重要輸入參數,基波頻率測量錯誤或不準確,將導致FFT運算結果的錯誤或不準確。峰值因數越高,波形畸變越大,準確測量基波頻率的難度越大。

 

3、相同的有效值的PWM電壓,峰值因數越高,峰值越大,需要采用更大的量程測量,測量精度下降。

 

目前大部分功率分析儀器具有自動轉換量程功能,但是其自動轉換量程的依據是信號有效值,這樣,當被測信號的峰值因數高于儀器默認的峰值因數時,會導致量程轉換錯誤。PA6000量程切換時依據峰值和有效值判斷,當電壓、電流的測量值超過額定量程的110%或者峰值超過額定量程的330%則量程升檔,當電壓電流的測量值低于額定量程的30%并且峰值低于下檔量程的300%時,量程降檔。

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