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三相功率系統的量測和分析,本質上比單相系統更複雜。由於對 PWM 訊號進行濾波和觸發具有挑戰性,因此根據包含調變脈波 (PWM) 的電源轉換器 (例如可變頻馬達驅動器) 會使測量測變得更加複雜。

在除錯和驗證階段,不論是多功能性還是速度,示波器都是首選的儀器。示波器可精確地量測切換功率轉換器和控制電路的效能。使用正確的探棒,便可以在大範圍內以高頻寬進行量測。

特殊的三相逆變器馬達驅動分析軟體可啟用快速、可重複的分析。

可變頻驅動器 (VFD) 的操作

典型的馬達驅動器系統由三相交流輸入驅動,該交流輸入會供給至驅動部分或電源轉換器部分。

驅動部分具有三個主要區塊:

  • 可以轉換交流/直流的整流器
  • 直流匯流排
  • 直流到交流逆變器,可將直流電壓轉換成交流訊號 (大多數情況下為 PWM 波形)。

儘管此圖中並未顯示,但回饋迴路和控制邏輯可監視馬達負載,並調整驅動系統以控制轉矩和速度。這使系統能夠在無負載到最大負載的條件下驅動馬達。

3 相逆變器馬達驅動分析產品規格表

Functional diagram of a variable frequency drive (VFD) – Fluke Corporation
Oscilloscope screen images showing a phasor diagram and 3-phase harmonics compared to IEEE-519 limits

三相線量測

在實驗室中,電源品質量測用於了解設備消耗三相交流線路所提供能量的方式。

針對每個相位,電源品質量測通常包括:

  • 電壓和電流的 RMS 與振幅
  • 實功率、虛功率、視在功率、相位角和功率因數
  • 頻率

除了數值讀數 RMS 電壓和電流外,相量圖 (如左圖所示) 還可以提供一種快速的方式來查看電壓和電流之間的關係。影響功率因數的不平衡和相位偏移顯而易見。

功率因數是任何工業設備的重要規格,因為其直接影響終端客戶的水電費。一些驅動器包括主動電路以控制功率因數。

諧波還會影響終端客戶系統的整體效率,甚至可靠性。因此,諧波失真需要經常受到穩壓。左側顯示了具有 IEEE-519 限制的諧波長條圖。使用者定義的限制可用於餘裕測試。

深入了解有關在示波器上使用相量圖的資訊

漣波分析

漣波的定義為固定直流上殘餘或多餘的交流電壓。通常會在直流匯流排上量測。此量測有助於讓您了解,輸入側上從交流/直流轉換訊號的效率如何,以及輸出側上 PWM 訊號上多餘成分有何影響。

線路漣波量測提供了在配置線路頻率下的 RMS 值,以及所配置相位時域波形的峰對峰。而切換漣波量測 RMS 則提供在所配置的切換頻率,以及所配置相位時域波形的峰對峰。

Ripple measurements on the DC bus of a variable frequency drive on an oscilloscope
Efficiency measurements on a variable frequency drive based on input power and PWM output power, using 2-wattmeter method on an 8-channel oscilloscope

驅動器輸出量測

效率是馬達驅動系統的關鍵量測之一,也是系統整體效能的指標。

效率會量測輸出功率到輸入功率的比率。它計算並顯示每個相位的效率,以及系統的總效率 (平均值)。效率量測使用 8 通道示波器上的 2V2I 組態 (2 瓦特計法)。

三相 VFD 疑難排解和特性分析參考系統

基於示波器的三相測試系統可在觀察 VFD 電路的同時進行系統級量測。高取樣率和長記錄長度能夠提供從 Hz 到 GHz 的詳細檢視。此應用有許多探棒替代方案,但這是一個極佳系統的範例:

5 系列 MSO
因為 8 通道和 12 位元 ADC 而備受推薦

選項 IMDA
在 5 系列 MSO 上自動進行三相量測

THDP0200 x 3
高壓差動式探棒。100 MHz 和最高可達 1500 V

TCP003A x 3
30A AC/DC 電流探棒

觀看快速示範影片

A system for measurements on 3-phase variable frequency drives includes an 8-channel oscilloscope, analysis software, 3 high-voltage differential probes and 3 current probes