淺談變頻器的電氣試驗(yàn)與測試儀表

1、·· 淺談變頻器的電氣試驗(yàn)與測試儀表(二) 2008-10-20 7:25:00 來源：中國自動化網(wǎng) 瀏覽：440 網(wǎng)友評論 條 點(diǎn)擊查看五、變頻器的測量與儀器1、 測量儀器儀表簡介目前常見的測量儀表很多，這里僅介紹幾種常見的儀表。1) 動鐵式儀表這種儀表測量的是有效值，它的值由固定線圈磁場與其內(nèi)可動鐵之間相互作用的電磁力所確定的偏轉(zhuǎn)角度而確定。讀數(shù)誤差由動鐵的磁飽和以及諧波對線圈內(nèi)電感的影響引起。儀表精度一般是0.5級。2) 整流式儀表交流電流經(jīng)整流然后作用于動圈式直流表，按交流電流的有效值確定刻度。其有效值是由整流平均值乘以波形系數(shù)求出的。市場上可買到的該種儀表基本是用

2、于測量正弦電流的。而正弦電流的波形系數(shù)是(2 )=111。因此在測量非正弦電流的波形時應(yīng)該注意波形系數(shù)。典型的儀表精度是1.0級。3) 熱電式儀表溫升與測量電流產(chǎn)生的熱量成正比，這個溫升被熱電偶轉(zhuǎn)換為直流電動力，其電流有效值由直流毫伏表指示。4) 電動式儀表電流指示值具有均勻的刻度，其指針偏轉(zhuǎn)角度等于兩個線圈間的力，也就是它的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩(Im×IF×dTd）電流IF是與負(fù)載串聯(lián)的固定線圈內(nèi)的電流；電流Im正比于動圈中的電壓)。典型精度為0.5級。5) 諧波分析儀輸入信號經(jīng)高速A/D采樣，經(jīng)過數(shù)字運(yùn)算，將數(shù)據(jù)存儲于緩沖存儲器內(nèi)，結(jié)果顯示在屏幕上?？蓽y量電壓、電流、有功功率、無功

3、功率、功率因數(shù)等，以及進(jìn)行諧波分析，測量顯示電壓、電流、功率等的基波值和各次諧波值，并顯示其曲線。目前最常用的變頻器主電路一般為交直交組成，外部輸入工頻電源，經(jīng)三相橋路不可控整流成直流電壓信號，經(jīng)濾波電容濾波及大功率晶體管開關(guān)元件逆變?yōu)轭l率可變的交流信號。在整流回路中接有大電容，輸入電流的波形為不規(guī)則的矩形波，波形可進(jìn)行DFT變換分解為基波和各次諧波。在逆變輸出回路中, 輸出電壓信號是受PWM 載波信號調(diào)制的脈沖波形，輸出回路電壓信號也可分解為只含正弦波的基波和其它各次諧波。其他類型的變頻器也類似，輸入、輸出都不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，有較多的高次諧波含量。因此，在測量儀器的選擇上，與傳統(tǒng)的測量就有所

4、不同。一些傳統(tǒng)的儀表一般不適合變頻器的測量。目前特別適于變頻器測量的儀器是諧波分析儀，主要型號有日本橫河（YOKOGAWA）的WT系列諧波分析儀，如WT1600、WT3000等產(chǎn)品。這類產(chǎn)品，不僅可以測量出基本的電參數(shù)，并且針對變頻器做了一些特殊設(shè)計(jì)，比如測量模塊比較多，可以同時測量輸入、輸出參數(shù)，進(jìn)行諧波分析，測量真功率因數(shù)，而且?guī)挶容^寬，可以從DC到1MHz，精度也很高，一般可以達(dá)到0.15級或0.02級。顯示也很方便，可以顯示數(shù)值、波形、諧波柱狀圖、三相矢量圖等。同時，也可以測量變頻器驅(qū)動的電機(jī)的機(jī)械輸出，如電機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩等，這樣可以更方便的測量變頻器的驅(qū)動能力及驅(qū)動效果?？梢哉f，一臺

5、WT系列的諧波分析儀可以替代一堆傳統(tǒng)儀表，提高了測量的準(zhǔn)確度、方便性，從而大大提高測試的效率。2、 變頻器測試對變頻器進(jìn)行測試的電路如圖51所示。圖51測試電路圖此測試電路是一個完整的變頻器測試方案，包括三相電源輸入、三相輸出、驅(qū)動的電機(jī)的機(jī)械輸出（轉(zhuǎn)速、扭矩）等。如果被測的變頻器功率較大，輸入、輸出電流超過了儀器的量程，就需要在電流的測量回路里接入CT（電流互感器），把被測電流轉(zhuǎn)變成儀器的測量量程內(nèi)。測試電路里的諧波分析儀是橫河公司的WT1600（如圖52）。該儀器有6個模塊，可以同時輸入6個電壓、6個電流，同時有電機(jī)測試模塊，可以測量電機(jī)的轉(zhuǎn)速、扭矩等。一臺WT1600不僅可以測量變頻器的

6、輸入、輸出電壓、電流、功率、效率等參數(shù)，還可以測量電機(jī)的扭矩、轉(zhuǎn)速、滑差、機(jī)械輸出功率、電機(jī)效率等，以及變頻器系統(tǒng)的總效率。圖52 WT1600諧波分析儀背面圖1） 輸入側(cè)的測量變頻器輸入電源是50Hz交流電源，其測量基本與標(biāo)準(zhǔn)的交流工業(yè)電源的測量相同，但是由于變頻器的輸入側(cè)是整流電路，電流的波形一般不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。典型的輸入波形如圖53。如果輸入電壓或電流較大，超過了諧波分析儀的測量量程，可以接入VT或CT。但要注意，由于電流不是正弦波，含有較多的諧波含量，因此，CT選擇時要考慮頻率范圍。圖53輸入電壓、電流波形輸入功率的測量可以采用2表法（3P3W），即測量兩個電壓線電壓Vab、Vcb和

7、2個電流Ia、Ic，從而計(jì)算出輸入有功功率、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)。但是，由于輸入端生產(chǎn)設(shè)計(jì)引起不平衡的，特別是小容量的變頻器，其中的一相里往往有變頻器本身的消耗，造成三相電流不平衡。這樣要測量三個線電壓、三相電流，即3V3A法才能夠保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。 傳統(tǒng)的有功功率的計(jì)算公式為：P Urms × Irms × cos （51）式中：P：有功功率Urms：電壓有效值Irms：電流有效值：電壓電流夾角但是，變頻器的輸入電流包括高次諧波，很難測量出相位角，按傳統(tǒng)公式計(jì)算會產(chǎn)生較大誤差。橫河（YOKOGAWA）的WT系列的諧波分析儀，使用數(shù)字采樣方法。該法對指定的有效采樣周期內(nèi)獲取的

8、瞬時波形數(shù)據(jù)的總和進(jìn)行平均。總和由樣本數(shù)N平均，得出一個功率值（如圖54）。圖54 電壓、電流、功率采樣結(jié)果計(jì)算公式為：式中：u(t)：時刻“t”的電壓瞬時值i(t)：時刻“t”的電流瞬時值t：采樣時間間隔N ：總采樣樣本數(shù) （52）相應(yīng)的，標(biāo)準(zhǔn)正弦波的功率因數(shù)PFcos。對于變頻器來說，PFP/S。對于三相系統(tǒng)來說，功率因數(shù)的計(jì)算公式為：式中：PF：三相功率因數(shù) （53）P：三相有功功率S：三相視在功率但是，對于不同的測量方式，和S的計(jì)算公式是不一樣的。對于不平衡電路來說，我們一般采用3V3A法測量，因此計(jì)算公式如下：式中：PF：三相功率因數(shù)P1：第一路有功功率P2：第二路有功功率S1：第一

9、路視在功率S2：第二路視在功率S3：第三路視在功率采用諧波分析儀對各次諧波進(jìn)行分析，然后對系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析判斷。電壓總的畸變率Uthd： （54）式中：U（1）：基波電壓U（k）：k次諧波電壓Max：最大諧波次數(shù)電流的總畸變率Ithd： （55）式中：I（1）：基波電流I（k）：k次諧波電流Max：最大諧波次數(shù) （56）作為對低壓配電線的高次諧波的管理指導(dǎo)值，電壓的總畸變率應(yīng)在5以下。所以當(dāng)Uthd為5以上時，請接入交流電抗器或直流電抗器，以抑制高次諧波電流。2） 輸出側(cè)的測量變頻器的輸出波形見圖55，是頻率可變的信號，含有較多的高次諧波，而電動機(jī)轉(zhuǎn)矩主要依賴于基波電壓有效值。因此，需要測量的

10、電壓值，或者說一般變頻器的額定電壓值是基波有效值。對PWM類型的變頻器來說，PWM電壓的整流平均值正比于其輸出電壓基波有效值。日本電機(jī)學(xué)會(JEMA)規(guī)定：使用平均整流方法來計(jì)算有效值，因?yàn)樵撝蹈线m地反映了驅(qū)動電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。圖55 變頻器輸出波形平均整流值的計(jì)算公式為：（57）校正后的平均整流值值的計(jì)算公式為：（58）校正后的值指的是當(dāng)測量對象是正弦波時，校正值等于有效值。橫河公司的WT1600等WT系列諧波分析儀，可以同時測量有效值、整流平均值等數(shù)值，用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行方便的選擇。輸出電流、輸出功率、功率因數(shù)等的測量方法，與上面說的輸入側(cè)基本相同，就不再贅述了。變頻器的效率為：式中：

11、（59）：變頻器效率Pout：變頻器輸出有功功率Pin：變頻器輸入有功功率WT1600還可以測量電機(jī)的機(jī)械輸出，可測量電機(jī)的速度和扭矩傳感器的輸出，然后計(jì)算扭矩、旋轉(zhuǎn)速度、機(jī)械功率、同步速度、滑差等，實(shí)現(xiàn)在一臺儀器上測量電機(jī)效率與總效率。六、結(jié)束語隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，對測量也提出了更高的要求。而測量儀表廠家，也根據(jù)變頻器的發(fā)展和需求而進(jìn)行進(jìn)一步的儀器開發(fā)，不斷推出新產(chǎn)品，以滿足測試的新需求。比如目前變頻技術(shù)的日益復(fù)雜化，一些非標(biāo)準(zhǔn)的正弦調(diào)制的PWM波形出現(xiàn)，經(jīng)常發(fā)生輸出電壓的整流平均值與基波有效值不相等的情況，針對這種情況，橫河公司推出WT系列的最新型號WT3000，在不改變測量模式的情況下，

12、改進(jìn)了設(shè)計(jì)，使其可以同時測量常規(guī)項(xiàng)目如整流有效值以及諧波如基波有效值等，從而使用戶可以自己進(jìn)行數(shù)據(jù)對比?？傊a(chǎn)品與測量手段是相輔相成、互相促進(jìn)的，二者都會隨著技術(shù)的發(fā)展而推陳出新。 參考文獻(xiàn)1 趙相賓 郭保良 低壓變頻器的參數(shù)額定值和試驗(yàn)要求2 張燕賓 SPWM變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù)中國電力出版社 2001電機(jī)經(jīng)過變頻器 頻率降低 輸出功率的變化11KW 變頻器 ，11KW 電機(jī)如何 通過測量變頻器 輸出的電流（或使用鉗形電流測），算出電機(jī)實(shí)際工作的功率。工作時 輸出的電流 輸出的電壓 輸出的頻率 都已知 ， 求 電機(jī)實(shí)際工作的 功率。（變頻器 電機(jī)大小如何開頭）現(xiàn)場 30HZ 輸出電流 17A

13、輸出電壓 230V ,求 電機(jī)實(shí)際工作的 功率？另外 變頻器電源 進(jìn)線端 電流 為 5A 左右？為什么 進(jìn)線端 電流 與 輸出電流不同？問題補(bǔ)充：我看了下 變頻器的的輸出功率 2KW 左右 ，倒是和 進(jìn)線端電流 相符。但輸出 端 這個搞不明白， 因?yàn)?電流 電壓 算下來 功率比較大 ，變完頻，算法 還都一樣么？最佳答案有功功率守恒啊.電壓不同電流不同啊.三相交流正弦波公式S=3*U*I還是能用的，這里不能確定功率因數(shù)，不過一般的變頻器里應(yīng)該可以顯示這個參數(shù)，有功也能顯示吧？如果按進(jìn)線側(cè)來算功率，5*220*3=3300VA，考慮功率因素，按0.9算，3300*0.9=2970w;按出線，17*

14、230*1.732=6772VA，兩者相差了一倍，肯定是出線的有問題了，因?yàn)槌鼍€那個地方你用互感器式電流表去測量時候，頻率改變了，不準(zhǔn)確同時有干擾造成的，按進(jìn)線考慮就是了回答者： 容濟(jì)機(jī)電 網(wǎng)友 | 2010-12-3 14:00建議你查一下變頻器的使用手冊,你說的這些參數(shù)在變頻器的菜單中也許會有(把變頻器的型號發(fā)過來,我?guī)湍悴橐部梢?.不要用電流表去查變頻器輸出端的電流,不準(zhǔn)確的(頻率改變后(非工頻)一般的電流表無法測量).不明白為什么你強(qiáng)調(diào)輸出端和輸入端的電流會一樣呢?不理解,覺得不一樣很正常啊有功功率計(jì)算公式為：式中：u(t):時刻“t”的電壓瞬時值；i(t)：時刻“t”的電流瞬時值；t

15、:采樣時間間隔；N ：總采樣樣本數(shù)。這樣，不需要測量電壓電流夾角，就可以計(jì)算出有功功率。相應(yīng)的，功率因數(shù) PFP/SP/(Urms*Irms)式中：S：視在功率同時，諧波分析儀測量波形進(jìn)行諧波分析，計(jì)算出電壓畸變率、電流畸變率等，然后對系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析判斷。電壓總的畸變率Uthd：式中：U（1）：基波電壓；U（k）：k次諧波電壓；max：最大諧波次數(shù)電流的總畸變率Ithd：式中：1）：基波電流；I（k）：k次諧波電流；max：最大諧波次數(shù)2） 輸出側(cè)的測量變頻器的輸出波形見圖4，是頻率可變的信號，含有較多的高次諧波。而電動機(jī)轉(zhuǎn)矩主要依賴于基波電壓有效值，因此，需要測量的電壓值或者說一般變頻器的

16、額定電壓值是指基波有效值。對PWM類型的變頻器來說，PWM電壓的整流平均值正比于其輸出電壓基波有效值。如日本電機(jī)學(xué)會(JEMA)規(guī)定：使用平均整流方法計(jì)算有效值，因?yàn)樵撝蹈线m地反映了驅(qū)動電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。橫河WT1600等WT系列諧波分析儀，可以同時測量有效值、整流平均值等數(shù)值，用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行方便的選擇。變頻器的效率為：式中：h：變頻器效率Pout：變頻器輸出有功功率；Pin：變頻器輸入有功功率。WT1600還可以測量電機(jī)的機(jī)械輸出，可測量電機(jī)的速度和扭矩傳感器的輸出，然后計(jì)算扭矩、旋轉(zhuǎn)速度、機(jī)械功率、同步速度、滑差等，實(shí)現(xiàn)在一臺儀器上測量電機(jī)效率與總效率。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，對測量也提

17、出了更高的要求。測量儀表廠家根據(jù)變頻器的發(fā)展和需求不斷推出新產(chǎn)品，滿足了測試的需求。目前，變頻技術(shù)的日益復(fù)雜化，一些非標(biāo)準(zhǔn)的正弦調(diào)制PWM波形的出現(xiàn)，經(jīng)常發(fā)生輸出電壓的整流平均值與基波有效值不相等的情況。針對這種情況，橫河公司推出WT系列最新型號WT3000產(chǎn)品，在不改變測量模式的情況下，改進(jìn)了設(shè)計(jì)，使其可以同時測量常規(guī)項(xiàng)目，如整流有效值以及諧波有效值等，用戶可以自己對數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。產(chǎn)品與測量手段是相輔相成并互相促進(jìn)的，二者會隨著技術(shù)的發(fā)展不斷推陳出新。變頻器的試驗(yàn)與測試探討收藏此信息 打印該信息添加：用戶發(fā)布 來源：未知交流變頻調(diào)速是集電力電子、自動控制、微電子學(xué)和電機(jī)學(xué)等技術(shù)之精華的一項(xiàng)高

18、新技術(shù)，自問世以來倍受矚目。它以優(yōu)異的調(diào)速性能、顯著的節(jié)電效果和廣泛的適用性而被國內(nèi)外公認(rèn)為世界上最理想的電氣傳動方案。技術(shù)的發(fā)展生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，直流拖動的薄弱環(huán)節(jié)逐步顯露出來。由于換向器的存在，直流電機(jī)的維護(hù)量加大，單機(jī)容量等都受到限制。人們開始轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便的異步電動機(jī)。但異步電動機(jī)的調(diào)速性能難以滿足生產(chǎn)的需要。20世紀(jì)60年代以后，電力電子技術(shù)、控制技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，使得交流調(diào)速性能可以與直流調(diào)速媲美。目前，交流調(diào)速已進(jìn)入逐步代替直流調(diào)速的時代。 變頻調(diào)速的控制方式經(jīng)歷了脈寬調(diào)制變壓變頻(PWM VVVF)、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等技術(shù)的發(fā)展歷程，在控

19、制精度、控制算法的復(fù)雜度、通用性等方面得到很大提高。 最新的技術(shù)是矩陣式交-交變頻，省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價格貴的電解電容。它能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為1，輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行，系統(tǒng)的功率密度大。變頻器的試驗(yàn)要求目前，已制訂了6項(xiàng)電氣傳動調(diào)速系統(tǒng)的國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T3886.1-2002、JB/T10251-2001、GB/T12668.1-2003、GB/T12668.2-2003、GB/12668.3-2004、GB/T12668.4。此外，GB/12668.5、GB/12668.6正在進(jìn)行最后階段的審批。變頻器的試驗(yàn)類型包括型式試驗(yàn)、出廠試驗(yàn)、抽樣試驗(yàn)、選擇試驗(yàn)、車間

20、試驗(yàn)、驗(yàn)收試驗(yàn)、現(xiàn)場調(diào)試試驗(yàn)、目擊試驗(yàn)等。電氣試驗(yàn)方面主要是測量變頻器的輸入、輸出值，包括：1） 輸入值：額定輸入電壓、額定輸入電流、額定容量、有功功率、功率因數(shù)、輸入各次諧波、輸入總失真度。2） 輸出值：最大額定輸出電壓、額定連續(xù)電流、額定功率、頻率范圍、過載能力（過載能力適用于額定的轉(zhuǎn)速范圍）、輸出各次諧波、輸出總失真度。3）效率： 在設(shè)計(jì)的頻率范圍內(nèi)，各個頻率下的效率。變頻器的測量與儀器1、測量儀器儀表簡介目前常見的測量儀表很多，這里介紹幾種常見的儀表。1) 動鐵式儀表：這種儀表測量的是有效值，它的值由固定線圈磁場與其內(nèi)可動鐵之間相互作用的電磁力所確定的偏轉(zhuǎn)角度而確定。讀數(shù)誤差由動鐵的磁

21、飽和以及諧波對線圈內(nèi)電感的影響引起。儀表精度一般為0.5級。2) 整流式儀表：交流電流經(jīng)整流然后作用于動圈式直流表，按交流電流的有效值確定刻度，其有效值是由整流平均值乘以波形系數(shù)求出的。該種儀表基本用于測量正弦電流波形，在測量非正弦電流的波形時，應(yīng)注意波形系數(shù)。典型的儀表精度是1.0級。3) 熱電式儀表 ：溫升與測量電流產(chǎn)生的熱量成正比，溫升被熱電偶轉(zhuǎn)換為直流電動力，其電流有效值由直流毫伏表指示。4) 電動式儀表 ：電流指示值具有均勻的刻度，其指針偏轉(zhuǎn)角度等于兩個線圈間的力，它的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩(Im×IF×dTdq）電流IF是與負(fù)載串聯(lián)的固定線圈內(nèi)的電流Im正比于動圈中的電壓。典

22、型精度為0.5級。5) 諧波分析儀：目前最常用的變頻器主電路一般為交-直-交組成。在整流回路中接有大電容，輸入電流的波形不是正弦波；在逆變輸出回路中輸出電壓信號是受PWM 載波信號調(diào)制的脈沖波形。其他類型的變頻器與此類似，輸入、輸出都不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，有較多的高次諧波含量，因此，在測量儀器的選擇上與傳統(tǒng)的測量有所不同。目前，特別適于變頻器測量的儀器是諧波分析儀，主要有日本橫河（YOKOGAWA）的WT系列諧波分析儀，如WT1600、WT3000等。這類產(chǎn)品不僅可以測量基本的電參數(shù)，并且針對變頻器做了一些特殊設(shè)計(jì)：如測量模塊比較多，可以同時測量輸入、輸出參數(shù)，進(jìn)行諧波分析，測量真功率因數(shù)；帶寬比

23、較寬，可以從DC到1MHz，精度一般可以達(dá)到0.15級或0.02級；顯示方便，可以顯示數(shù)值、波形、諧波柱狀圖等；可以測量變頻器驅(qū)動的電機(jī)的機(jī)械輸出，如電機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩等，這樣可以更方便的測量變頻器的驅(qū)動能力及驅(qū)動效果?？梢哉f，一臺WT諧波分析儀可以替代一堆傳統(tǒng)儀表，確保測試的高效和準(zhǔn)確。2、變頻器測試對變頻器進(jìn)行測試的電路如圖1所示，這是一個完整的變頻器測試方案，包括三相電源輸入、三相輸出、驅(qū)動電機(jī)的機(jī)械輸出（轉(zhuǎn)速、扭矩）等。如果被測的變頻器功率較大，輸入、輸出電流超過了儀器的量程，就需要在電流的測量回路里接入CT（電流互感器），把被測電流轉(zhuǎn)變成儀器的測量量程內(nèi)。測試電路里的諧波分析儀是橫河公司

24、的WT1600數(shù)字功率計(jì)。該儀器有6個模塊，可以同時輸入6路電壓、6路電流；同時有電機(jī)測試模塊，可以測量電機(jī)的轉(zhuǎn)速、扭矩等。一臺WT1600不僅可以測量變頻器的輸入、輸出參數(shù)，還可以測量電機(jī)的扭矩、轉(zhuǎn)速、滑差、機(jī)械輸出功率，以及電機(jī)效率變頻器效率等。1）輸入側(cè)的測量變頻器輸入電源是50Hz交流電源，但是由于變頻器的輸入側(cè)是整流電路，電流的波形一般不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。典型的輸入波形如圖2。傳統(tǒng)的有功功率的計(jì)算公式為：P Urms × Irms × cos式中：P：有功功率；Urms：電壓有效值；Irms：電流有效值；：電壓電流夾角。但是，變頻器的輸入電流包括高次諧波，很難測量出相位角。橫河的WT1600等WT系列的諧波分析儀使用了數(shù)字采樣方法，對指定的有效采樣周期內(nèi)獲取的瞬時波形數(shù)據(jù)的總和進(jìn)行平均?？偤陀蓸颖緮?shù)N平均，得出一個功率值，如圖3。有功功率計(jì)算公式為：式中：u(t):時刻“t”的電壓瞬時值；i(t)：時刻“t”的電流瞬時值；t:采樣時間間隔；N ：總采樣