一、峰值因數(shù)的含義

某些功率分析儀將可測(cè)量峰值因數(shù)作為重要特點(diǎn)進(jìn)行宣傳。例如：某高精度功率分析儀標(biāo)稱最大可測(cè)量峰值因數(shù)為6，另一高精度功率分析儀則標(biāo)稱最大可測(cè)量峰值因數(shù)為10，將最大可測(cè)量峰值因數(shù)作為技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比。

那么，是不是后者的測(cè)試能力更強(qiáng)、性能更加優(yōu)越、或適用面更廣？

要對(duì)該問題作出判斷，必須真正理解了峰值因數(shù)的含義和高峰值因數(shù)對(duì)功率分析儀的測(cè)量要求。

峰值因數(shù)是指被測(cè)信號(hào)的瞬時(shí)值的峰值與有效值的比值。如：

正弦波的峰值因數(shù)為根號(hào)2（約等于1.414）；

鋸齒波和三角波的峰值因數(shù)為根號(hào)3；

直流波形或?qū)ΨQ交流方波具有最低的峰值因數(shù)，其峰值因數(shù)為1。

圖1 峰值因數(shù)的定義

傳統(tǒng)的交流電測(cè)儀表就是利用正弦波峰值因數(shù)為1.414的特點(diǎn)，采用峰值檢波電路將交流電參量轉(zhuǎn)變?yōu)榕c波形峰值成正比的直流電壓信號(hào)，再依據(jù)正弦波峰值因數(shù)反算出被測(cè)電參量的有效值。因此，該類電測(cè)儀表只能滿足正弦波的測(cè)量需要。

功率分析儀一般適用標(biāo)稱帶寬內(nèi)任意波形電參量的測(cè)量。不同波形的電參量具有不同的峰值因數(shù)，對(duì)功率分析儀的測(cè)量要求有所不同，相同功率分析儀對(duì)不同峰值因數(shù)的電參量測(cè)量精度也有所不同。

二、高峰值因數(shù)對(duì)功率分析儀的測(cè)量要求

計(jì)算機(jī)通常采用開關(guān)電源供電，開關(guān)電源輸入側(cè)的二極管整流電路導(dǎo)致輸入電流產(chǎn)生較大的畸變，電流波形的峰值因數(shù)高達(dá)2.4～2.6，因此，一般UPS要求可驅(qū)動(dòng)峰值因數(shù)為3的負(fù)載。

6或10的高峰值因數(shù)波形，一般發(fā)生在變頻器輸出的PWM波。理論上，PWM波的峰值因數(shù)可達(dá)無窮大。因?yàn)镻WM波在輸出不同基波有效值電壓時(shí)，其峰值始終保持不變，因此，輸出電壓基波有效值越低，峰值因數(shù)越高。以額定電壓690V的變頻器為例，輸出電壓（基波有效值）690V時(shí)，峰值因數(shù)接近正弦波峰值因數(shù)1.414，而輸出電壓為69V時(shí)，峰值因數(shù)接近14.14，輸出電壓為6.9V時(shí)，峰值因數(shù)接近141.4！

圖2 二極管整流類設(shè)備輸入電流具有較高的峰值因數(shù)

事實(shí)上，上述標(biāo)稱最大峰值因數(shù)為6或10的功率分析儀，均可對(duì)更高峰值因數(shù)的波形進(jìn)行測(cè)量，只是功率分析儀的測(cè)量原理不同時(shí)，儀器設(shè)置和測(cè)量精度有所不同。

PWM波的峰值因數(shù)較高時(shí)，調(diào)制比較小，脈沖寬度較窄，因此，有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，高峰值因數(shù)的PWM波，要求更高的帶寬和采用頻率。

實(shí)際上，這僅僅是局限于直觀、簡(jiǎn)單的時(shí)域理解，對(duì)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(guān)注的諧波頻率是固定的，那么，測(cè)量帶寬和采樣頻率與調(diào)制比無關(guān)。

峰值因數(shù)的影響體現(xiàn)為：

1、高峰值因數(shù)（低調(diào)制比）時(shí)，基波含量變大，高次諧波相對(duì)含量較小，受帶寬限制不能準(zhǔn)確測(cè)量影響帶來的影響較小；低峰值因數(shù)（高調(diào)制比）時(shí)，基波含量變小，高次諧波相對(duì)含量變大，受帶寬限制不能準(zhǔn)確測(cè)量影響帶來的影響較大。如果上述高次諧波不是關(guān)注對(duì)象，由此帶來的影響可以忽略。

2、信號(hào)基波頻率是FFT算法的重要輸入?yún)?shù)，基波頻率測(cè)量錯(cuò)誤或不準(zhǔn)確，將導(dǎo)致FFT運(yùn)算結(jié)果的錯(cuò)誤或不準(zhǔn)確。峰值因數(shù)越高，波形畸變?cè)酱螅瑴?zhǔn)確測(cè)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(shù)越高，峰值越大，需要采用更大的量程測(cè)量，測(cè)量精度下降。目前大部分功率分析儀具有自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程功能，自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程的依據(jù)是信號(hào)有效值，這樣，當(dāng)被測(cè)信號(hào)的峰值因數(shù)高于儀器默認(rèn)的峰值因數(shù)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致量程轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤。例如：某功率分析儀具有1000V、600V、300V的量程，量程對(duì)應(yīng)峰值因數(shù)為1.5。被測(cè)變頻器的額定電壓為690V。由于變頻器輸出為PWM波，正確的量程轉(zhuǎn)換方案下，不論變頻器輸出電壓為多少，都應(yīng)該采用1000V的量程進(jìn)行測(cè)量。采用有效值作為量程轉(zhuǎn)換依據(jù)的功率分析儀，當(dāng)輸出電壓低于600V時(shí)，會(huì)出現(xiàn)量程轉(zhuǎn)換失誤，由于PWM波為方波，削波后波形不變，但是，幅值按比例下降，一般不易察覺。

三、理想的峰值因數(shù)處理方案

AnyWay系列變頻功率分析儀采用無縫量程轉(zhuǎn)換方案，按照被測(cè)信號(hào)的瞬時(shí)值進(jìn)行量程切換，可以適用任意峰值因數(shù)波形的測(cè)量。無需根據(jù)峰值因數(shù)大小選擇功率分析儀的量程，不會(huì)因?yàn)榱砍踢x擇不當(dāng)導(dǎo)致波形被削波造成錯(cuò)誤測(cè)量結(jié)果。

圖3 適用任意峰值因數(shù)測(cè)量的WP4000變頻功率分析儀