脈寬調(diào)制馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器的電氣測(cè)量解決方案分析

1.概述

自電機(jī)工程誕生以來(lái)，三相交流馬達(dá)一直是工業(yè)領(lǐng)域的主力。它們可靠、高效、費(fèi)效比高，需要少量維修或根本不需要維修。此外，交流馬達(dá)（如感應(yīng)馬達(dá)和磁阻馬達(dá)）無(wú)需與轉(zhuǎn)子的電氣連接，因此很容易實(shí)現(xiàn)阻燃，用于危險(xiǎn)環(huán)境（如礦山）。

為了提供適當(dāng)?shù)慕涣黢R達(dá)速度控制，必須為馬達(dá)提供三相電源，其電壓和頻率可以變化。這種電源將在定子中形成一個(gè)變速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使得轉(zhuǎn)子按照所需的速度旋轉(zhuǎn)，且滑動(dòng)很小，如圖1 所示。這個(gè)交流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器可以高效提供從零速到全速的全轉(zhuǎn)矩，如果需要的話，還可以超速，而且通過(guò)改變相位旋轉(zhuǎn)，可以很容易使馬達(dá)雙向運(yùn)轉(zhuǎn)。具有這些特點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)器稱作脈寬調(diào)制馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器。

交流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)示意圖

脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器可以生成復(fù)雜波形，如在到馬達(dá)的輸出上，以及到驅(qū)動(dòng)器的電源上。本博文將分兩部分，探討馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器的電氣測(cè)量話題。

2. 對(duì)脈寬調(diào)制馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器的測(cè)量

表1 給出了脈寬調(diào)制馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器的典型測(cè)量。

表1. 常見(jiàn)的脈寬調(diào)制馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器測(cè)量

3. 馬達(dá)輸出測(cè)量

圖1 說(shuō)明，通過(guò)在馬達(dá)輸出軸安裝轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩傳感器，可以對(duì)馬達(dá)輸出進(jìn)行測(cè)量。

圖1. 馬達(dá)輸出測(cè)量

3.1 轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速傳感器

轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速傳感器生成的電信號(hào)與轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速成正比。通過(guò)測(cè)量這些信號(hào)，可以確定馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，從這些測(cè)量結(jié)果中可以計(jì)算馬達(dá)輸出功率。

3.2 轉(zhuǎn)矩

馬達(dá)轉(zhuǎn)矩是在其輸出軸上形成的旋轉(zhuǎn)力，它是一個(gè)扭力，其單位是牛頓米（Nm） 或英尺磅（1 英尺磅 =1.3558 Nm）。對(duì)于小型馬達(dá)而言，其轉(zhuǎn)矩額定值低于1 Nm；對(duì)于大型馬達(dá)而言，其轉(zhuǎn)矩額定值達(dá)到幾千Nm。

通過(guò)旋轉(zhuǎn)應(yīng)變計(jì)以及利用固定接近、磁致伸縮和磁彈性傳感器，可以測(cè)量轉(zhuǎn)矩。這些傳感器都是溫度敏感型的。旋轉(zhuǎn)傳感器必須安裝在轉(zhuǎn)軸上，由于空間受限，這并非總能行得通。

為測(cè)量轉(zhuǎn)矩，應(yīng)變計(jì)往往直接安裝在轉(zhuǎn)軸上。由于轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩傳感器必須通過(guò)滑環(huán)、無(wú)線通信或電感耦合與外邊世界耦合。

3.3 轉(zhuǎn)速

馬達(dá)轉(zhuǎn)速通常以每分鐘轉(zhuǎn)速（RPM） 來(lái)描述，即它在1分鐘內(nèi)沿固定軸旋轉(zhuǎn)的完整圈數(shù)。

為了進(jìn)行這些測(cè)量，PA4000 包括傳感器輸入端，用于連接轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速傳感器。通過(guò)測(cè)量驅(qū)動(dòng)器輸入端消耗的電力、以及馬達(dá)輸出端的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，使用一臺(tái)儀器就可以測(cè)量出系統(tǒng)效率。

4. 驅(qū)動(dòng)器輸出測(cè)量

脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器的輸出波形非常復(fù)雜，由一系列高頻分量（ 因載波） 和低頻分量（ 因基波） 組合而成。

對(duì)大多數(shù)功率分析儀來(lái)說(shuō)，這帶來(lái)的問(wèn)題是：如果在高頻測(cè)量，那么波形中的低頻信息將丟失；如果濾除脈寬調(diào)制波形在低頻測(cè)量，那么高頻數(shù)據(jù)將丟失。這個(gè)難題的出現(xiàn)是因?yàn)樵诘皖l對(duì)波形進(jìn)行調(diào)制。因此，高頻測(cè)量（ 如總電壓有效值、總功率等） 必須在高頻處進(jìn)行，但必須超出輸出波形低頻分量的整數(shù)倍。

泰克PA4000 功率分析儀利用脈寬調(diào)制輸出測(cè)量的特殊工作模式克服了這個(gè)難題。它對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行高速采樣，并實(shí)時(shí)計(jì)算總體數(shù)量，包括所有諧波和載波分量。與此同時(shí)，對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化濾波，提供低頻測(cè)量，如輸出頻率的基波分量和測(cè)量。

圖2. 高精度PA4000 測(cè)量技術(shù)

除了從同一測(cè)量中獲得低頻和高頻結(jié)構(gòu)外，該技術(shù)允許高頻測(cè)量與低頻信號(hào)同步，這是提供精確和穩(wěn)定的高頻測(cè)量結(jié)果的唯一方法。

圖3. 測(cè)得的一個(gè)馬達(dá)繞組兩端的凈電壓

根據(jù)測(cè)量的輸出頻率范圍，濾波器的選擇方案有3 種，參見(jiàn)表2。

表2. 脈寬調(diào)制馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)內(nèi)不同頻率范圍應(yīng)用的濾波器

濾波器的選擇并不影響較高頻率分量的測(cè)量，因?yàn)檫@些測(cè)量是通過(guò)未經(jīng)過(guò)濾的數(shù)據(jù)進(jìn)行的。不過(guò)，為了優(yōu)化低頻測(cè)量結(jié)果，您應(yīng)當(dāng)為應(yīng)用選擇正確的濾波器。

5.使用PA4000 示波器測(cè)量驅(qū)動(dòng)器輸出

該儀器通過(guò)三相三線配置連接至輸出。（ 又稱作兩表法。關(guān)于兩表法的更多信息，請(qǐng)參見(jiàn)應(yīng)用指南：三相測(cè)量原理。） 對(duì)于輸出電流高達(dá)30A 的脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器，PA4000 可以通過(guò)其內(nèi)部電流分流器，直接與驅(qū)動(dòng)器輸出相連，如圖4 所示。

圖4. PA4000A 輸出測(cè)量

對(duì)于輸出電流超過(guò)30 A 的脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器，您可以使用外部電流傳感器或外部電流分流器。泰克公司提供多種固定核心電流傳感器，最高電流達(dá)1000 A。這些傳感器包括電纜，實(shí)現(xiàn)與PA4000 的快速連接，并利用儀器的15 V 直流電源。當(dāng)PA4000 功率分析儀與外部分流器一起使用時(shí)，您可以將分流器與外部分流電壓輸入相連。這些輸入可以測(cè)量從X V 到Y(jié) V 的分流輸出。對(duì)于電流傳感器和外部分流器，重要的是，記住正確設(shè)置縮放比例。

特別是對(duì)于低電流驅(qū)動(dòng)器， 如果可能， 應(yīng)當(dāng)將PA4000 直接與脈寬調(diào)制輸出端相連。這是因?yàn)?，盡管交流電流變壓器和霍爾效應(yīng)電流傳感器在較高電流時(shí)提供良好的精度，但對(duì)于幾安培的較低電流，其結(jié)果精度往往較差。

盡管在脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器輸出端出現(xiàn)極高的共模電壓，為了從電流分流器得到優(yōu)異的結(jié)果，PA4000 輸入電路已經(jīng)優(yōu)化。分流器兩端電壓可能只有幾毫伏，但分流器電勢(shì)相對(duì)于接地端上下波動(dòng)幅度高達(dá)數(shù)百伏，每微秒高達(dá)數(shù)千伏。

雖然采用兩表法時(shí)，PA4000 只有兩個(gè)通道用于測(cè)量，但該儀器將以矢量方式計(jì)算和顯示第三條（非測(cè)量）線路的電流值。這將為權(quán)衡負(fù)載提供有價(jià)值的檢查。此外，由于兩表法不需要分析儀的第三個(gè)通道，它可以用作獨(dú)立的測(cè)量通道，如測(cè)量脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的直流總線，詳見(jiàn)第7 部分介紹。

一旦分析儀進(jìn)行連接和配置完畢，它將利用選定的濾波器測(cè)量驅(qū)動(dòng)器輸出功率。如果PA4000 測(cè)量頻率有困難，應(yīng)確保已經(jīng)指定正確的濾波器頻率范圍。

注意，Vrms、Arms 和功率數(shù)字是通過(guò)預(yù)過(guò)濾值測(cè)得的，因此包括所有的高頻分量，其中基波值只考慮對(duì)馬達(dá)有用功的貢獻(xiàn)。電壓有效值與基波電壓存在顯著差異是很正常的。通常，在電流和功率之間的差異較小，因?yàn)楦袘?yīng)馬達(dá)對(duì)電流進(jìn)行了過(guò)濾。

通過(guò)SUM 通道讀取的總功率和基波功率之間的差異，可以估算高頻損耗。這代表脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器提供的電力，這部分電力對(duì)機(jī)械輸出功率沒(méi)有貢獻(xiàn)，因此增加了馬達(dá)的熱量：

高頻損耗= 總功率 - 基波功率

當(dāng)進(jìn)行脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器比較時(shí)，這是非常有意義的測(cè)量。

6. 驅(qū)動(dòng)器直流總線測(cè)量

雖然脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器輸入和輸出之間的連接稱為直流總線，但這個(gè)總線上的電壓和電流遠(yuǎn)非純直流，因此，在進(jìn)行所需的測(cè)量時(shí)必須小心謹(jǐn)慎。

直流總線測(cè)量最好在存儲(chǔ)電容器輸入端進(jìn)行，如圖5所示，因?yàn)閺谋举|(zhì)上講，這里的電流是來(lái)自交流電源的低頻電容器充電脈沖，是從逆變器吸收的高頻電流脈沖中釋放出來(lái)的。

圖5. 設(shè)置直流總線測(cè)量

表3. 直流總線關(guān)鍵測(cè)量參數(shù)

如果獨(dú)立進(jìn)行直流總線測(cè)量，可以利用分析儀的CH1（ 通道1）。不過(guò)，直流總線測(cè)量往往與驅(qū)動(dòng)器輸入或輸出的三相二線測(cè)量一起進(jìn)行。在這種情況下，應(yīng)當(dāng)使用剩余獨(dú)立運(yùn)行通道中某個(gè)通道對(duì)直流總線進(jìn)行測(cè)量。

例如，將CH1 和CH2 連接，進(jìn)行輸入或輸出測(cè)量。CH3 與直流總線相連，如圖5 所示。使用F［7］ 選擇脈寬調(diào)制馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器輸入或輸出模式，并啟動(dòng)獨(dú)立的CH3。

7. 驅(qū)動(dòng)器輸入測(cè)量

從本質(zhì)上講，大多數(shù)脈寬調(diào)制馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器輸入電路是三相二極管整流橋，并包含電容濾波器，如圖6 所示。

圖6. 脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器的輸入整流器和濾波器級(jí)

每個(gè)輸入相的電流波形由為存儲(chǔ)電容器充電的脈沖組成。圖7 給出某相的電流波形，它包括電源頻率的基波分量以及大量諧波分量。

圖7. 脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器輸入端電壓和電流波形

如果驅(qū)動(dòng)器的逆變器部分為輸入電路提供一個(gè)恒流負(fù)載，那么每相的輸入電流將是一個(gè)振幅恒定的失真波形，如圖7 和圖8 所示。

圖8. 未經(jīng)調(diào)制的輸入電流波形

遺憾的是，脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器的逆變器部分可能不向輸入電路提供恒流負(fù)載；在這種情況下，從電容器吸收電流的負(fù)載電流將受到輸出頻率分量的影響。這意味著，來(lái)自交流電源的電流在工頻頻率是復(fù)雜的、失真的電流波形，它由驅(qū)動(dòng)器頻率進(jìn)行調(diào)制。圖9 給出其波形。調(diào)制可能?chē)?yán)重影響測(cè)量，特別是在低驅(qū)動(dòng)速率，不過(guò)，利用擴(kuò)展的測(cè)量區(qū)間（為驅(qū)動(dòng)器輸出波形周期整數(shù)倍），可以解決這個(gè)問(wèn)題。

圖9. 在輸出頻率處進(jìn)行調(diào)制的輸入電流波形

PA4000 支持脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器輸入功率的精密測(cè)量，即使馬達(dá)處于低頻時(shí)。輸入功率測(cè)量與交流工頻同步，但通過(guò)調(diào)節(jié)顯示屏更新速率及均值設(shè)置，可以擴(kuò)展測(cè)量區(qū)間。

表4. 選擇顯示屏更新時(shí)間和均值，把驅(qū)動(dòng)器輸出頻率對(duì)驅(qū)動(dòng)器輸入功率測(cè)量的影響降到最小

對(duì)于超過(guò)20 Hz 的輸出頻率，PA4000 的默認(rèn)設(shè)置通常將給出穩(wěn)定結(jié)果。默認(rèn)設(shè)置是：

顯示屏更新速率：0.5 s

平均：10

當(dāng)輸出頻率在5 Hz ～ 20 Hz 之間時(shí)，將均值設(shè)置為10，以改進(jìn)穩(wěn)定度；對(duì)顯示屏更新時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，使之包括測(cè)得的脈寬調(diào)制輸出周期（1/f） 的整數(shù)倍。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則，應(yīng)提供10 個(gè)周期。

例如：

輸出頻率 = 5.5 Hz

顯示屏更新速率 = 10/（5.5 Hz）= 1.8 s

對(duì)于低于5 Hz 的輸出頻率，使用最長(zhǎng)的顯示屏更新速率（2 s），平均為10。

例如，對(duì)單相驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，如果讀數(shù)太大，可以將均值設(shè)置為10 以上，以幫助使測(cè)量穩(wěn)定。

分析儀通過(guò)三相三線配置進(jìn)行連接，如圖10 所示（ 即所謂的兩表法，關(guān)于利用n-1 臺(tái)功率表可以測(cè)量通過(guò)n 條線路向系統(tǒng)提供電源的證明，請(qǐng)參見(jiàn)應(yīng)用指南：三相測(cè)量原理）。

圖10. 三相三線連接

在這個(gè)線路配置中，可能使用分析儀的第三通道和第四通道，以測(cè)量驅(qū)動(dòng)器輸出或驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的直流總線。

（下周，我們將分享本文的下半部分，將包“損耗與效率測(cè)量，以及如何連接、如何選擇電流傳感器”等話題，敬請(qǐng)期待。）

8. 損耗與效率測(cè)量對(duì)任意系統(tǒng)，要想對(duì)其損耗和效率進(jìn)行測(cè)量，最好對(duì)系統(tǒng)輸入和輸出進(jìn)行同步測(cè)量，如圖11 所示。

圖11. 效率測(cè)量圖 對(duì)于高效系統(tǒng)（ 如脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器） 來(lái)說(shuō)，這一點(diǎn)特別重要。這是因?yàn)?，如果?duì)輸出和輸出分開(kāi)測(cè)量，而且在測(cè)量之間關(guān)閉系統(tǒng)來(lái)切換儀器，那么就不能始終確保兩個(gè)測(cè)量具有完全相同的負(fù)載條件。如果忽視負(fù)載條件的任何差異，那么都會(huì)導(dǎo)致測(cè)得損耗的誤差。 例如：設(shè)置Number 1 — 測(cè)量輸入。

關(guān)閉系統(tǒng)，重新連接輸出測(cè)量，并再次開(kāi)啟系統(tǒng)：設(shè)置Number 2 — 測(cè)量輸出（ 但條件稍微變化）。

表現(xiàn)損耗 = 1052.6 W - 1020 W = 32.6 W實(shí)際損耗 = 1073.7 W - 1020 W = 53.7 W這說(shuō)明測(cè)得的損耗誤差非常大！為了避免這類(lèi)誤差，您可以使用4 通道儀器，如PA4000 功率分析儀，它能夠?qū)︱?qū)動(dòng)器輸入和輸出同時(shí)進(jìn)行兩表法測(cè)量，如圖12所示。

圖12. 利用兩表法實(shí)現(xiàn)PA4000 與驅(qū)動(dòng)器輸入、輸出端連接 使用這個(gè)方法將確保精確測(cè)量，即使輸入和輸出測(cè)量之間的條件可能稍有變化。條件的稍微變化無(wú)關(guān)緊要，因?yàn)槊看涡蕼y(cè)量都是同步測(cè)量。

9. 進(jìn)行連接

對(duì)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行電壓連接通常只是小事一樁，因?yàn)閷?duì)各相之間電壓進(jìn)行測(cè)量。進(jìn)行電流連接則更具挑戰(zhàn)。進(jìn)行電流連接主要有兩種方式。第一種是方式“分割”導(dǎo) 體，并使電流通過(guò)電流分流器，然后測(cè)量電流分流器兩端電壓降。雖然這種方式在地功率情況下可行，但當(dāng)電流較高時(shí)，則行不通。 對(duì)于大電流，可能使用電流傳感器。通常，這涉及到使初級(jí)電流載流導(dǎo)體與電流測(cè)量設(shè)備相連。測(cè)量設(shè)備生成一個(gè)與初級(jí)電流成比例的次級(jí)電流。 一般情況下，這需要通過(guò)電流測(cè)量裝置的初級(jí)載流導(dǎo)體傳遞。測(cè)量設(shè)備創(chuàng)建一個(gè)與初級(jí)電流成比例的次級(jí)電流。

為什么使用電流傳感器？

使用電流傳感器的原因主要有3個(gè)：

1. 正在測(cè)量的信號(hào)可能與測(cè)量設(shè)備不兼容。例如，大部分測(cè)試臺(tái)儀器無(wú)法測(cè)量超過(guò)100 A 的電流，而這么大的電流是大型馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)器中常見(jiàn)的。

2. 消除測(cè)量?jī)x器與測(cè)量信號(hào)的耦合。在脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器中，快速開(kāi)關(guān)電壓（dV/dt） 往往造成正在測(cè)量的輸出信號(hào)具有很大的共模分量。高共模電壓給電流測(cè)量帶來(lái)不確定性。使用電流傳感器隔離分析儀的電流輸入和電壓波動(dòng)，從而消除因共模引起的不確定性。

3. 為了便利和安全。在馬達(dá)系統(tǒng)中往往存在高壓，而且電源阻抗往往極低。如果連接不正確，可能造成大量能量流動(dòng)。

選擇正確的電流傳感器電流傳感器有許多種，在馬達(dá)測(cè)量中使用的4 種最常見(jiàn)電流傳感器是：

1. 電流鉗

2. 閉環(huán)霍爾效應(yīng)

3. IT 型閉環(huán)

4. 電流互感器

為了在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器的典型信號(hào)帶寬中實(shí)現(xiàn)最佳性能，應(yīng)使用閉環(huán)傳感器。在驅(qū)動(dòng)器輸入中可以使用電流互感器和電流鉗，但在驅(qū)動(dòng)器輸出中效果則不好。這是因?yàn)殡娏骰ジ衅髟诘皖l（低驅(qū)動(dòng)速度）性能不佳，而且將限制測(cè)量與開(kāi)關(guān)有關(guān)高頻頻率的能力。

當(dāng)選擇傳感器時(shí)，重要的是考慮正在測(cè)量的信號(hào)和測(cè)量設(shè)備。選擇與需要測(cè)量的最大信號(hào)（包括峰值）相對(duì)應(yīng)的最大輸入范圍傳感器。這將充分發(fā)揮傳感器范圍的效用。

您還希望對(duì)測(cè)量設(shè)備而言，在不引起過(guò)沖的前提下，傳感器輸出信號(hào)盡可能大。輸入信號(hào)越大，信噪比越高，測(cè)量結(jié)果越好。 使用電流傳感器對(duì)于閉環(huán)霍爾效應(yīng)電流傳感器，應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎進(jìn)行連接。將為傳感器提供電源。電源通常包括正電源和負(fù)電源，而且必須提供足夠電流，通常為10mA ～ 50mA。

傳感器應(yīng)當(dāng)盡可能靠近測(cè)量?jī)x器，以降低次級(jí)引線的電壓和磁場(chǎng)耦合。 傳感器輸出是單一電流輸出，信號(hào)和電源公用回路。該輸出應(yīng)當(dāng)直接與測(cè)量設(shè)備電流輸入的高端連接。測(cè)量設(shè)備電流輸入的低端應(yīng)當(dāng)連接至與傳感器電源相同的回路。而且，所有引線應(yīng)當(dāng)盡可能短。輸出應(yīng)當(dāng)靠近電源連接。從理想角度看， 3 條線應(yīng)當(dāng)絞合在一起。 在脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器環(huán)境中，在需要情況下，接地和屏蔽是一個(gè)好習(xí)慣。

在低連接中使用可疊堆4mm 將使低連接很容易接地。 屏蔽電纜將改進(jìn)性能。屏蔽將接地，并與傳感器電源公共端相連，而且，在相應(yīng)的地方，它將與傳感器接地相連。

屏蔽將保護(hù)電源連接與信號(hào)。 如果初級(jí)載體中電流占額定電流百分率較低，或者同測(cè)量?jī)x器可用的電流量程相比，傳感器輸出較低，那么通過(guò)讓電流多次通過(guò)傳感器核心，可以改進(jìn)電路性能。

例如， 如果您只有1000A 輸入、1A 輸出（1000:1）傳感器，但您希望測(cè)量10A 電流，且輸出電流只有10mA。為了更好地使用測(cè)量系統(tǒng)，使初級(jí)導(dǎo)體通過(guò)傳感器10 次，將使輸出電流增加至100mA。從初級(jí)載體角度看，初級(jí)電流從10A 增加至100A。 對(duì)于不同類(lèi)型的電流傳感器，為正確地讀取電流，需要對(duì)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行比例縮放。以1000:1 電流傳感器為例，實(shí)際測(cè)量的電流是真實(shí)電流的1/1000。因此，電流輸入需要擴(kuò)大1000 倍。 電流傳感器與PM4000 一起使用PA4000 的設(shè)計(jì)目的是與外部傳感器一起使用。

其設(shè)計(jì)特性包括：

1. 可選擇+/-15V 電源，與許多常用的閉環(huán)電流傳感器一起使用。

2. 每通道電流單獨(dú)縮放。

3. 后面板接地連接，簡(jiǎn)化電流測(cè)量低連接的屏蔽與接地。

4. 內(nèi)建1 Arms 分流器，非常適合電流傳感器輸出。

如果您正在使用泰克電流鉗或變壓器，那么這些設(shè)備輸出是4mm 安全香蕉插座。電纜可以直接插入PA4000 的電流分流器。由于電流傳感器或電流鉗的典型輸出低1A，內(nèi)建1A 分流器是個(gè)不錯(cuò)的選擇。

為了獲得精確的測(cè)量，只需要為儀器配置兩個(gè)參數(shù)：

1. 分流器選擇。這是在每組基礎(chǔ)上設(shè)置的。

2. 電流輸入比例因子。這是在每通道基礎(chǔ)上設(shè)置的。比例因子是：初級(jí)電流/次級(jí)電流

如果您正在使用閉環(huán)電流傳感器，那么需要向傳感器提供電源。PA4000 內(nèi)置的可選擇±15V 電源非常適合這個(gè)功能。PA4000 的+15V 和-15V 電源必須與電流傳感器連接，參見(jiàn)圖13。

圖13. 使用閉環(huán)電流傳感器與PA4000 功率分析儀連接 傳感器輸出必須連接至通道1 的AHi 或A1A 連接器。

由于閉環(huán)傳感器輸出往往低于1A，因此A1A 連接器通常是更好的選擇。電流通道的Alo 連接器必須與傳感器電源連接器的公共端相連。 為了獲得最佳性能，3 個(gè)連接器應(yīng)當(dāng)絞合在一起并進(jìn)行屏蔽，屏蔽連接至傳感器電源公共端。傳感器電源公共端應(yīng)當(dāng)與PA4000 后面板的接地端相連。

10. 動(dòng)態(tài)負(fù)載條件下的驅(qū)動(dòng)器性能

脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器的功耗和輸出特性隨著馬達(dá)負(fù)載變化。雖然您的測(cè)試協(xié)議可能調(diào)用具體線路或負(fù)載條件下的測(cè)試 ，但您可能還需要檢查變化條件下的功率特性。對(duì)負(fù)載變化期間的功率特性進(jìn)行分析可能產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，不過(guò)，有了適當(dāng)?shù)能浖拖嗯涞姆治鰞x，您可以隨著負(fù)載或 其他條件變化，利用計(jì)算機(jī)來(lái)搜集和分析測(cè)量數(shù)據(jù)。

在這些應(yīng)用中，功率分析儀就像一個(gè)精密測(cè)量系統(tǒng)，快速向計(jì)算機(jī)反饋數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，用于進(jìn)一步分析。 圖14 給出泰克PWRVIEW 軟件收集的來(lái)自PA4000功率分析儀的測(cè)量數(shù)據(jù)，PA4000 利用單相線路輸入和三相驅(qū)動(dòng)器輸出與脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器相連。除了收集數(shù)據(jù)，該軟件還允許您對(duì)分析儀進(jìn)行控制，這樣可以在計(jì)算機(jī)上對(duì)其進(jìn)行配置。

圖15 給出三相輸入讀數(shù)的實(shí)例，包括詳細(xì)的電壓、電流和功率諧波圖。

圖14. PWRVIEW軟件顯示出脈寬調(diào)制馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器的多個(gè)功率參數(shù)。

圖15. 記錄隨時(shí)間變化的測(cè)量數(shù)據(jù)，并繪制圖表（ 如這里所示的Microsoft Excel）。該圖給出馬達(dá)啟動(dòng)期間的測(cè)量數(shù)據(jù)。

11. 結(jié)束語(yǔ)

目前，脈寬調(diào)制馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器正成為變速馬達(dá)控制的主要方法，不僅用于工業(yè)領(lǐng)域，而且用于電動(dòng)汽車(chē)和家用空調(diào)機(jī)等諸多領(lǐng)域。脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生復(fù)雜波形，無(wú)論 是其輸出至馬達(dá)，還是為驅(qū)動(dòng)器提供電源。泰克PA4000 功率分析儀利用業(yè)界首創(chuàng)的螺旋分流（SpiralShuntTM） 技術(shù)以及動(dòng)態(tài)頻率同步技術(shù)解決這個(gè)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)器基頻的穩(wěn)定跟蹤。 這項(xiàng)技術(shù)加上脈寬調(diào)制輸出的特殊運(yùn)行模式，可提供持續(xù)的精確測(cè)量。該技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行高速采樣，對(duì)其總體數(shù)量（ 包括所有諧波和載波分量） 進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算。與此同時(shí)，它對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化濾波，提供低頻測(cè)量，如基頻測(cè)量和輸出頻率測(cè)量，使得PA4000 成為脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器測(cè)量的理想解決方案。

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