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作者：泰克科技 輸入（線(xiàn)路）測量 大多數工業(yè)和重型商用變頻驅動(dòng)器都采用三相輸入。較小的驅動(dòng)器可能使用單相線(xiàn)電壓。特別是在電動(dòng)汽車(chē)和其他電池供電的應用中，驅動(dòng)器通常采用直流供電。IMDA電源分析軟件支持所有這些配置（參見(jiàn)上集的“接線(xiàn)配置”）。在IMDA測量包中，電能質(zhì)量測量組和諧波測量組用于計算驅動(dòng)器的功耗以及驅動(dòng)器對配電系統的預期影響。 電能質(zhì)量 電能質(zhì)量測量組包括表征驅動(dòng)器功耗的測量。這些測量也可以用于驅動(dòng)器的輸出（請參閱下面的“輸出測量”）。圖19顯示了電氣分析部分中的電能質(zhì)量測量。選擇電能質(zhì)量測量會(huì )生成相量圖、波形和測量標識。圖中顯示了已配置繞組的電能質(zhì)量能量和功率數學(xué)波形。功率波形是使用數學(xué)算法將各相的電壓和電流波形相乘得出的。 
圖19. 在泰克IMDA軟件中，測量分為電能質(zhì)量、諧波、紋波和效率。還提供DQ0和機械測量的選擇。 電能質(zhì)量測量可用于確認探頭和接線(xiàn)配置是否正確。如果一個(gè)或多個(gè)功率測量顯示負讀數，請檢查您的電流探頭，確認與負功率讀數相關(guān)的通道上的探頭是否連接錯誤。對于三相系統，請檢查相量圖。正常情況下，各相電壓應基本相同，相位差為120°。 用戶(hù)可以選擇只測量基頻的電能質(zhì)量，也可選擇測量所有頻率的電能質(zhì)量。當選擇“基頻”選項時(shí)，將僅測量基頻分量。當選擇“所有頻率”選項時(shí)，將計算所有諧波（包括基頻）的電能質(zhì)量測量值。 相量圖：圖20所示的相量圖是一個(gè)圓形圖，表示相電壓和相電流之間以及各相電壓和電流之間的幅度和相位角。理想情況下，一個(gè)平衡的三相系統具有幅度相等的矢量，且相鄰矢量的相位差正好是120°。 相量圖（圖20）給出了各相的以下測量值：相對于參考相電壓（圖20中的VaN）的RMS電壓和相位角，相對于參考相電壓的RMS電流和相位角，電壓和電流之間的相位，功率因數。電能質(zhì)量測量標識顯示了許多測量值。
圖20. 相量圖顯示各相電壓和電流之間的關(guān)系，該圖顯示了系統的平衡以及電壓和電流（電容或電感）之間的相移；電機驅動(dòng)器輸入（線(xiàn)路）側的電能質(zhì)量測量。 諧波 諧波測量呈現基頻及其諧波處的信號幅度，并測量信號的RMS幅度和總諧波失真�？梢愿鶕蘒EEE-519或IEC 61000-3-2標準或自定義限制來(lái)評估測量結果。例如，可以將IEC61000-3-12標準的限制以csv文件的形式加載，并根據這些限制進(jìn)行測試。測試結果可以記錄在詳細報告中，注明是否合格。
圖21. 諧波可以在電機驅動(dòng)器的輸入和輸出上測量。此例顯示了驅動(dòng)器三相輸出上的諧波。 直流母線(xiàn)測量 紋波可以在兩個(gè)不同的測試點(diǎn)測量，即在直流母線(xiàn)和開(kāi)關(guān)半導體上測量。 線(xiàn)路紋波：該測量提供相應交流電壓信號的線(xiàn)路頻率部分的RMS和峰 - 峰值測量值。 開(kāi)關(guān)紋波：該測量提供相應電壓信號的RMS和峰峰值測量值。 開(kāi)關(guān)分析
圖22. 開(kāi)關(guān)損耗測量有助于優(yōu)化逆變器設計。 在設計或驗證變頻驅動(dòng)器內的開(kāi)關(guān)電路時(shí)，了解與驅動(dòng)器開(kāi)關(guān)階段相關(guān)的損耗非常重要。選項5-PWR和6-PWR提供開(kāi)關(guān)損耗測量和斜率。電壓探頭連接到開(kāi)關(guān)的兩端，而電流探頭連接用于測量流經(jīng)開(kāi)關(guān)的電流。 可以添加多個(gè)測量來(lái)獲取各開(kāi)關(guān)的測量值。 5/6-PWR分析包包括以下測量： 開(kāi)關(guān)損耗：測量開(kāi)關(guān)器件開(kāi)啟、關(guān)閉和傳導區域中的平均瞬時(shí)功率或能量。該測量將創(chuàng )建一個(gè)功率波形，而功率波形是根據每對V和I波形計算得出的。 dv/dt：測量電壓從基準參考水平(RB)上升到最高參考水平(RT)或從最高參考水平(RT)下降到基準參考水平(RB)過(guò)程中的變化率（斜率）。該測量將創(chuàng )建一個(gè)功率波形，而功率波形是根據每對電壓和電流波形計算得出的。 di/dt：測量電流從基準參考水平(RB)上升到最高參考水平(RT)或從最高參考水平(RT)下降到基準參考水平(RB)過(guò)程中的變化率（斜率）。該測量將創(chuàng )建一個(gè)功率波形，而功率波形是根據每對電壓和電流波形計算得出的。 直接正交零點(diǎn) (DQ0) 的變換和測量 Clarke和Park變換通常用于簡(jiǎn)化磁場(chǎng)定向控制系統的實(shí)施。顯示了一個(gè)磁場(chǎng)定向控制系統的示例。在該控制系統中，這些變換用于將施加到電機的三相電壓轉換為正交D矢量和Q矢量。這些簡(jiǎn)化的矢量可以輕松轉換和集成，以保持所需的速度。然后可以使用逆變換來(lái)創(chuàng )建逆變器中脈沖寬度調制的驅動(dòng)信號。 這些D矢量和Q矢量可能位于數字信號處理模塊（例如 FPGA）的深處，并且可能無(wú)法直接測量。IMDA軟件提供DQ0分析選項，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的設置根據三相輸出電壓或電流得出D和Q的測量值，從而可以快速輕松地查看控制系統的調整效果。
圖23. DQ0相量圖顯示D矢量、Q矢量和合成矢量(R)，其中電機速度和方向反饋由正交編碼器傳感器提供。 除了D矢量和Q矢量，分析軟件還顯示合成矢量 (R)。R矢量是通過(guò)計算D矢量和Q矢量上各采樣點(diǎn)的D和Q斜邊矢量得出的。R矢量的起始角度是為0度，根據正交編碼器接口(QEI)的索引脈沖(Z)確定。增量角度由QEI根據編碼器每轉脈沖數(PPR)和電機的極對數計算得出。通過(guò)觀(guān)察R矢量旋轉，可以確認控制系統是否正在平穩地驅動(dòng)電機。還可以查看換向次數。請注意，上方圖23中R矢量圖中的六個(gè)失真點(diǎn)對應于六個(gè)換向步驟。除了選擇源和接線(xiàn)方式之外，還可以指定可應用于所有源或僅用于邊沿限定器的低通濾波器。這有利于減少由于電磁干擾(EMI)拾取和開(kāi)關(guān)噪聲引起的噪聲。 輸出測量 PWM驅動(dòng)器的輸出波形很復雜，由與載波相關(guān)的高頻分量和與驅動(dòng)電機的基頻相關(guān)的低頻分量構成。使用示波器對PWM波形進(jìn)行測量可能頗具挑戰，因為很難實(shí)現穩定的觸發(fā)。
圖24. 此處顯示的PWM波形包括一個(gè)頻率可達數百千赫茲的載波和電機對其做出響應的較低頻率平均電壓。 棘手的是，波形是在低頻下進(jìn)行調制的。因此，高頻測量（例如總rms電壓、總功率等）必須在高頻下進(jìn)行，但要覆蓋輸出波形中低頻分量的整數個(gè)周期。 IMDA軟件的主要優(yōu)勢之一是能夠對PWM波形進(jìn)行穩定的測量。該軟件能夠解調用戶(hù)指定為“邊沿限定器”的通道上的PWM波形，并將包絡(luò )提取為“數學(xué)通道”。這使測量能夠實(shí)現精確的同步。 在變頻驅動(dòng)器輸入上使用的相同電能質(zhì)量和諧波測量也可用于驅動(dòng)器的輸出，用于測量電壓、電流、相位和功率。詳細介紹見(jiàn)本指南的“輸入測量”部分。除單相三線(xiàn)配置僅可用作輸入測量外，相同的接線(xiàn)配置可同時(shí)用于輸入和輸出測量。
圖25. 電能質(zhì)量測量組提供了一組快速穩定的PWM輸出測量的概覽，包括電壓、電流、相位角、有功功率、視在功率、無(wú)功功率和功率因數。 效率測量 效率測量是指相應輸入和輸出電壓和電流對的輸出功率與輸入功率的比值。在5系列和6系列MSO上，輸入和輸出均采用雙功率表法（V1*I1和V2*I2）。如此可以使用八個(gè)輸入通道完成三相輸入和輸出功率的完整測量，如圖25所示。
圖25. 使用8個(gè)示波器輸入通道測量三線(xiàn)輸入三線(xiàn)輸出系統的驅動(dòng)效率。
圖26. 使用雙功率表法對變頻驅動(dòng)器的輸入和輸出進(jìn)行效率測量。 動(dòng)態(tài)測量 電機驅動(dòng)分析的一個(gè)常見(jiàn)要求是，能夠對電機隨時(shí)間而變的響應進(jìn)行測量，以監控被測設備在加速和不同負載條件下的行為。這些動(dòng)態(tài)測量將幫助您了解不同條件下電壓、電流、功率和頻率等參數之間的相互影響。IMDA軟件的電能質(zhì)量測量組提供了兩種類(lèi)型的趨勢圖用于此分析：時(shí)間趨勢圖，采集趨勢圖。兩種趨勢圖各有其優(yōu)點(diǎn)，可用于呈現電能質(zhì)量測量組內支持的子測量。這些趨勢圖可以保存為CSV文件以供后期處理。 時(shí)間趨勢圖 時(shí)間趨勢圖顯示單次采集中每個(gè)波形周期的測量值。這種趨勢圖適用于觀(guān)察測量值在短時(shí)間內的具體變化，以及將這些變化與其他相關(guān)數據進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。
圖27. IMDA軟件中的時(shí)間趨勢圖用于記錄單次采集過(guò)程中測量值的變化。 采集趨勢圖 采集趨勢圖記錄每次采集的單次平均測量值，因此適用于長(cháng)期分析。在測試配置期間，可以通過(guò)設置采集參數來(lái)指定測試持續時(shí)間。這些趨勢圖可以保存為CSV文件以供后期處理。如果將繪圖數據保存為CSV文件，時(shí)間值即可用。 動(dòng)態(tài)負載控制對于三相感應電機和其他電機也很重要。通過(guò)采集趨勢圖可以查看加速、恒速和減速過(guò)程中的測量值。
圖28. 采集趨勢圖記錄多次采集過(guò)程中測量值的變化。在上圖中以綠色線(xiàn)條表示。請注意，該圖還會(huì )顯示最近一次采集的波形和測量值。 總結 對三相電機驅動(dòng)器進(jìn)行測量面臨著(zhù)諸多挑戰，因為必須進(jìn)行連接，波形非常復雜且數學(xué)運算量巨大。泰克5/6系列MSO示波器的IMDA軟件大幅簡(jiǎn)化了這些測量，為功率分析儀測量提供了高速采樣系統和實(shí)時(shí)示波器可視化的優(yōu)勢。 利用示波器，三相電機驅動(dòng)器設計人員可以在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)工作條件下進(jìn)行分析，查看電氣和機械參數，從而詳細了解驅動(dòng)器性能。5系列和6系列MSO的采樣和處理能力支持DQ0測量等功能，讓用戶(hù)能夠深入了解控制系統的內部情況。而功率分析儀目前還無(wú)法實(shí)現這些功能。 |
