功率计实测“怪象”分析：有功功率＞视在功率？

实测问题

大致情况是用AC电源驱动电源产品，由电子负载控制输出功率，采用WT系列功率分析仪测量电流、电压、功率等参数，电压采用并联的方式、电流采用100A额定的shunt采集，压降由BNC线接入WT系列功率计的外部传感器端子。按测试工程师的描述：在正常工况下，电流/电压功率等电力参数测试数据均无异常，但在低载约80VA测试时（约数百毫安电流），WT系列功率计的显示会出现：视在功率=0、无功功率=0、电流=0、但奇怪的是此时的有功功率会显示数十W的数值（波动较大）。

测试中，为了验证数据可靠性，如图采用两台WT同时测量(电压并联)，采集同一个外部传感器的电流信号。

原理剖析

从以上的现场实测数据来看，确实出现了难以理解的怪现象。我们熟知的中学物理及电工原理中对于有功、无功、视在功率的定义为：

由以上定义可知，对于交流功率，视在功率肯定是大于或等于有功功率，不可能出现有功功率不等于零而视在功率为零的现象。那么WT系列功率计测量时出现如图1的显示，是否意味着WT运算BUG或者仪器有故障呢？

答案是否定的，仪器的显示没有BUG也没有故障，要解释这个貌似BUG的现象就要从功率计测量原理谈起。

从以上公式可以看出，电压Urms、电流Irms、有功功率P的测量都是通过瞬时采样的电流、电压进行积分运算后平均，而WT系列功率计显示的视在功率S和无功功率Q是如何计算得到的呢？

视在功率S=UrmsxIrms、
Q²=S²-P²(1P2W)

在这里我们可以看到，WT系列功率计显示的视在功率与测量的有功功率P无关，S的大小取决于Urms和Irms，这就很容易理解为什么有功功率P有数值显示，而视在功率和无功功率都为0，原因就在此时的Irms为0。

可是为什么明明有80VA的输出，而Irms测量数值为0呢？这是因为功率计对测量的显示范围有如下规定（WT210）：

如果电压或电流跌到额定量程的0.5%(峰值因素3；峰值因素6时，为1.0%)以下，视在功率(VA)和无功功率(var)将显示“0”，功率因数(PF)和相位角(deg)则显示“err”。

下表列举了目前主流WT系列功率计的Urms和Irms显示范围（额定量程）

在这个实测案例中，使用的是100A额定的分流器，可以判断，此时的电流肯定是小于500mA，数值小于最小显示范围因此被忽略了。那么有人会问：为什么有功功率P有数值显示呢，从上面的公式可以明白，有功功率是电压瞬时值与电流瞬时值相乘，此时虽然电流很小但电压瞬时值很大，相乘之后的数值达到了最小可显示值的要求，因此有功功率有数值显示。

再继续深入思考：此时显示的有功功率P靠吗？答案也是否定的。首先按WT210的误差来计算，有功功率误差0.2%加上0.2级的分流器误差，那么误差至少0.4%，此时的功率量程300Vx100A=30KW，也就是说误差就超过120W，几十W波动很大的显示值根本不可靠。此外即使Irms有显示，100A额定的分流器，几百毫安的电流压降也就零点几个毫伏，这么小的电压在接入外部传感器端子时，外界的噪声和干扰会会覆盖真实信号，造成电流及有功P测量显示“假数据”。

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审核编辑 黄宇