功率分析仪线路滤波与频率滤波的应用指南

测量领域中常常需要用到滤波器，尤其是对于功率、谐波的测量。致远仪器PA系列功率分析仪配备线路滤波器和频率滤波器功能，可有效去除测量信号中的噪声干扰。本文介绍这两种滤波功能的工作原理及其应用场景，帮助工程师获取更加可靠的测量结果。

针对不同的行业应用场景，目前推荐有4款ZTMI致远仪器功率分析仪，型号介绍如图1。PA系列功率分析仪的滤波原理基本类似，下文将以PA5000H为例介绍滤波功能。
图 1  PA系列功率分析仪产品型号

什么是滤波器？为何在功率测量中如此重要？

→ 干净的信号是准确测量的基础选频作用：滤波器作为选频装置，允许特定频率成分通过，同时显著抑制其他频率成分的能量传输。例如：低通滤波器仅保留低频信号，高通滤波器则聚焦高频信号。干扰抑制与噪声滤除：通过阻断特定频段的干扰信号（如电源谐波、电磁干扰），滤波器可有效提升信号质量，为精确测量奠定基础。图2  功率分析仪测量滤波设置

如何选择合适的滤波器类型？

→ 不同信号特性，匹配不同的滤波方案按频率特性分类，一般有以下种类：低通滤波器(LPF)：允许低于截止频率的信号通过。高通滤波器(HPF)：保留高频信号，抑制低频分量。带通滤波器(BPF)：仅传输特定频段的信号（如通信系统选频）。带阻滤波器(BSF)：抑制特定频段（如50Hz工频干扰）。图3  谐波测量示意图

线路滤波器：什么情况下使用？

→ 去除高频干扰，但需注意使用线路滤波器属于低通滤波器，会去除信号的高频成分（高频谐波成分），仅测量低频成分。需注意：开启后会导致电压RMS、电流RMS、有功功率P等测量值发生变化，非必要情况不建议开启。对于电机、变频器的PWM电压测量来说，如需开启线路滤波器去除高频干扰，应确保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。这样虽然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结果产生明显影响。图4  线路滤波器作用示意图

PA5000H支持300kHz、1MHz的模拟线路滤波器，100Hz~100kHz的数字滤波器。通过配合Wave波形功能，可直观观察线路滤波开启前后的波形变化，直接验证滤波效果。图5  线路滤波器设置菜单

频率滤波器：如何确保可靠的周期测量？

→ 准确的信号周期测量是功率计算的重要基础频率滤波器（也称零交叉滤波器），用于去除进入频率测量电路的输入信号的高频成分。它的独特之处在于：对测量的电压/电流波形本身没有直接影响，但能显著提高周期检测的准确性。在实际应用中，频率滤波器在以下情况下尤为重要：
处理畸变波形：当信号存在高频噪声或严重畸变时，频率滤波器能确保获得稳定的信号频率；提升功率计算精度：功率计算依赖准确的信号周期，频率滤波器可有效过滤掉无关频率；成分支持谐波分析：谐波分析需要准确的基波频率作为基础，频率滤波器能提供更可靠的频率基准。图6  频率滤波器作用示意图PA5000H支持100Hz、500Hz、1kHz、45~65Hz（IEC谐波模式使用）的频率滤波器。频率滤波器可被用于精确检测过零点，当输入信号频率在1kHz以下时，建议开启频率滤波器，获得更准确的过零点检测。图7  频率滤波器设置菜单

总结

选择合适的滤波技术对获取准确结果至关重要。致远仪器PA系列功率分析仪提供的线路滤波器和频率滤波器功能，能够针对不同测量场景提供专业方案，帮助工程师在变频器、电机等设备测试中获得更加可靠的数据。