本指南将先容怎样应用泰克8通道5系列B MSO示波器的逆变器、电机跟驱动器剖析软件对变频驱动器的输入、直流母线跟输出停止稳固、正确的电气丈量，以及对电机停止机器丈量。本文援用地点：年夜少数古代电机驱动体系应用某种调制情势来把持电机频率，从而把持电机速率。在年夜少数情形下，此类变频驱动器 (VFD) 经由过程输出经心把持的脉冲宽度调制 (PWM)波形来实现这一点。此类体系平日以三相情势输出功率，由于三相是电机的最佳设置。自电气工程出生以来，三订交流感到电机(ACIM) 始终是产业范畴的主力。它们牢靠、高效、本钱低且多少乎不须要保护。但电机跟驱动器有多种差别范例。交换感到电机(ACIM) 的效力低于无刷直流电机 (BLDC) 跟永磁同步电机 (PMSM)。与交换感到电机比拟，同步无刷直流电机跟永磁同步电机效力更高，分量也更轻，但须要更进步的把持算法。只管每品种型的电机驱动体系有其奇特的特征，但电机驱动器都应用脉冲宽度调制技巧来转变运送到电机的频率跟电压。图1. 电机驱动器经由过程调理电机输入来把持电机速率跟扭矩对电机驱动器停止丈量的挑衅因为电机驱动器输出采取脉冲宽度调制技巧，因而，要对这种旌旗灯号停止稳固的丈量存在挑衅性。要想实现稳固的波形，经由过程人工断定滤波器跟触发器的准确组合十分辣手，但对实现分歧丈量倒是须要的。除了丈量驱动器的输出之外，对驱动器的输入级机能（比方谐波、功率跟功率因数）停止丈量跟评价也很主要。固然能够将原始波形导出到电子表格或其余剖析软件中，但该进程十分耗时，而且计划算法时要特殊留神。停止这些丈量须要与被测装备树立很多衔接。过错的探头衔接跟衔接点完全性差是招致电机驱动器丈量偏差的罕见起因。机器丈量也很要害，能够应用传感器停止。但是，假如不停止自界说处置跟转换，要想获取以工程单元表现的速率、减速度或扭矩的丈量值可能十分艰苦，乃至是弗成能。因为这些起因，要想应用示波器对电机驱动体系停止精良的丈量，须要细心的设置、稳固的波形跟强盛的丈量算法。PWM电机驱动器的任务道理多品种型的电机采取脉冲宽度调制 (PWM) 情势驱动，包含有刷直流电机、交换感到电机、无刷直流电机跟永磁同步电机。PWM使驱动器可能转变运送到电机的频率跟电压。只管良多年后人们就曾经控制PWM驱动器的任务道理，但倒是功率半导体、把持电子组件跟微处置器的改良跟本钱的下降才推进了此类驱动器的普遍应用。矢量把持技巧进一步推进了这一趋向。经由过程矢量把持，计划者可能在交换电机的高牢靠性基本上，实现直流电机的高效力跟准确可控性。无刷直流电机跟永磁同步电机正在普遍利用范畴代替有刷直流电机跟交换感到电机，这些范畴不只包含产业利用，还包含电开工具、家用电器跟电动汽车。图2表现了三相变频驱动器基础元件的框图。图2. 驱动器功效模块图PWM驱动器能够由直流电、单订交流电或三订交流电供电。图2表现了一台由三相电源供电的变频驱动器，三相电源常用于产业装备。三相电源经由整流跟滤波发生直流母线，为驱动器的逆变器局部供电。逆变器由三对半导体开关（MOSFET、GTO、功率晶体管、IGBT等）及其相干二极管构成。每对开关分辨为电机的一相供给电源输出。这种基础架构能够实用于多品种型的电机，但把持电子组件在反应跟庞杂性方面差别很年夜。这里简略先容多少种罕见的用于驱动电机的PWM情势。六步换相 / 梯形波把持驱动器这品种型的驱动器与无刷直流电机联合应用。无刷直流电机效力高且体积小。它存在直流电机的长处，但不电刷，不易磨损。无刷直流电机能够经由过程绝对简略的六步换相（或梯形波把持）PWM战略来实现电子换向。下图表现了一组典范的PWM波形。图3. 霍尔传感器向简略的六步把持器供给反应。驱动器U、V跟W输出旌旗灯号利用于电机定子标量把持驱动器简略的变频驱动器驱动交换感到电机，经由过程转变驱动电机的PWM波形的基频来把持电机速率。为了坚持全扭矩，驱动器中的把持体系会坚持PWM波形的电压 / 基频比率。这类驱动器被称为标量把持驱动器。把持电子组件发生三个相位差为120°的低频正弦波，用于调理每对开关的脉冲宽度。图4. A相跟B相之间的脉冲宽度调制波形的均匀线电压是正弦波电机绕组的均匀电压近似正弦波。电机绕组的别的两相存在类似的均匀电压，相差120°。图5. 随时光变更的三相电压旌旗灯号从逆变器输出电压的角度来看，电机在很年夜水平上相似于一个电感器。因为电感器对较高频率存在较高阻抗，因而电机所接收的年夜局部电流来自于PWM波形输出中的较低频率分量。因而，电机所接收的电流外形近似正弦波。图 6. 因为电机是理性负载，且能阻抗疾速电流变更，因而电机所接收的电流近似正弦波经由过程把持调制波形的幅度跟频率，以及把持电压跟频率比，PWM驱动器能够供给三相电源，以驱动电机到达所请求的速率。矢量把持驱动器 / 磁场定向把持交换感到电机跟同步电机的驱动器更进步，采取矢量驱动技巧。此类驱动器比标量把持驱动器更机动、更高效，但也更庞杂。矢量把持驱动器与标量把持驱动器的类似之处在于它们都应用正弦电流驱动电机，然而矢量把持驱动器的运转更安稳，减速更快，扭矩把持也更好。此类把持体系平日应用磁场定向把持 (FOC)，而且比标量把持驱动器庞杂得多。矢量D跟矢量Q是正交矢量，其巨细与电机的扭矩跟磁通量有关。图7. 矢量把持 / 磁场定向把持应用庞杂的PWM波形把持体系必需丈量转子的地位以使体系同步。这平日经由过程应用霍尔传感器或正交编码器接口 (QEI) 等传感器来实现（还会应用无传感器体系，此中把持体系应用电机的反电动势来断定转子地位）。把持器应用Clarke变更跟Park变更来盘算矢量D跟矢量Q的幅值，而后应用这些值作为把持回路的设定点。图8. 矢量把持体系框图变频驱动器体系的衔接示波器探头的抉择对变频驱动体系停止功率丈量须要应用电压跟电流探头。抉择示波器电压探头停止电机驱动器丈量时，必定要斟酌以下多少点：• 电机驱动器丈量波及绝对较高的电压。比方，480V 三相电机驱动器中的直流母线电压平日约为680V。牢记确认探头尖真个额外电压以及用于衔接探头的配件的额外电压。• 共模电压也可能绝对较高。也就是说，丈量成果平日绝对于空中是“浮动”的，因而不克不及应用接地参考的探头。务必确保旌旗灯号浮动不超越探头的共模电压额外值。• 年夜少数相干频率低于200MHz，因而存在此带宽的探头足以满意年夜少数一样平常丈量需要。• 探头应能用于普遍的丈量义务。出于这些起因，平日倡议应用高压差分探头作为功率电子逆变器子体系、驱动器输入/输出跟把持体系丈量的通用电压探头。图9. 泰克差分探头（比方THDP0200）跟泰克AC/DC电流探头（比方TCP0030A）为很多变频驱动器丈量场景供给了精良的笼罩范畴。注：接地参考无源探头不该用于丈量相电压。中性端子可能不在接地电位，从而招致大批电流流过探头跟示波器接地。这很伤害，可能会招致被测装备或示波器遭到打击或破坏。图10.  IsoVu光学断绝电压探头供给极高的共模克制比，可能蒙受最年夜2500V的差分电压，而且存在高达1GHz的带宽。以下为一些倡议用于电机驱动利用的探头：示波器探头设置在停止任何功率丈量之前，必需实现一些主要步调。电流探头必需消磁，而且全部探头都应校订，以取得正确的丈量成果。在停止丈量之前对电流探头履行消磁顺序，打消探头磁芯中的任何剩磁，这一步十分主要。剩磁会招致丈量偏差。消磁顺序平日是经由过程移除电流探头钳口的全部导体，而后按下消磁按钮启动的。泰克电流探头（比方TCP0030A）会在你应用前主动提醒你履行消磁顺序。校订进程能够校订恣意两个差别示波器通道（包含探头跟探头电缆）之间的种种传输耽误。这一步很主要，由于相位关联对变频驱动器体系上的很多丈量至关主要。基础步调是向通道供给同步旌旗灯号，并调剂每个通道的耽误，使各通道的旌旗灯号对齐。泰克公司供给功率丈量校订夹具 (P/N 067-1686-xx) 来辅助处理此成绩。衔接电流探头时，务必留神探头上的箭头标志。假如电流探头衔接在负载的线路侧，箭头应指向负载。假如电流探头衔接在负载的前往侧，则箭头应指向阔别负载的偏向。有关功率丈量探头抉择跟设置的更多信息，请参阅《应用示波器对电源停止准确电压丈量的探测技巧》跟《应用示波器对电源停止准确电流丈量》。接线设置变频驱动器的输入跟输出平日都应用三相电。但是，贸易、室庐跟汽车驱动体系中应用的某些变频驱动器可能由单订交流或直流供电。别的，三相体系能够采取两种接线跟建模方法：星形（或称Y形）跟三角形。接线设置决议了功率剖析中应用的盘算方式，因而懂得并抉择准确的接线设置对取得预期成果十分主要。接线设置实用于电机驱动器的输入跟输出。图11表现了局部泰克示波器上IMDA处理计划支撑的接线设置。图11. 在IMDA软件的下拉列表当选择输入接线单相衔接单相两线 (1V1I)须要两个通道：分辨用于丈量电压跟电流，图12表现了电压的丈量方法。测得的总功率 P = V*I。单订交流跟直流电源应用雷同的设置。图12. 单相双线交换电丈量。直流电源应用雷同的设置单相三线 (2V2I)单相三线设置在电机驱动器利用中十分少见，但在北美室庐利用中很罕见，平日供给一个240V跟两个120V的供电线路，每个线路可能承载差别的负载。丈量此类电源须要两个电压通道跟两个电流畅道。测得的总功率为V*I（负载 1+ 负载 2）。图 13. 单相三线接线在产业情况中很少见，但在花费跟轻型贸易中却很罕见。三相衔接应用两个电压通道跟两个电流畅道 (2V2I) 丈量三相三线体系电机驱动器平日应用三线输出，仅应用示波器上的两个电压通道跟两个电流畅道即可正确丈量（电机驱动器输入更可能应用四线体系）。当三根线将电源衔接到负载时，至少须要两个功率表来丈量总功率。须要两个电压通道跟两个电流畅道，如图14所示。电压通道逐相衔接，此中一相作为参考。负载跟电源能够采取三角形或星形接线方法，但两者之间不克不及有中性导体。在这种情形下，两个功率表能够盘算运送到负载的总功率。（拜见侧栏：“怎样应用四个示波器通道丈量三相体系？”)图14. 三相三线两功率表法图14表现了接线，图16表现了用于丈量2V2I衔接的IMDA 电源设置。把持所选线路即可断定用作电压参考的相位。在此示例中，在A相跟B相上丈量电流，并在A相跟B相上丈量绝对于C相的电压。即丈量值分辨为VAC、VBC、IA跟IB。在此示例中，总有功功率 (ΣTrPwr)的盘算公式为：刹时功率 P1 = VAC * IA刹时功率 P2 = VBC * IBΣTrPwr = P1 + P2。怎样应用四个示波器通道丈量三相体系？布隆德尔 (Blondel) 定理指出，对一个N线体系，假如电压是绝对于此中一条导线丈量的，那么总功率能够经由过程应用N-1个功率表来丈量。比方，在三线体系中，无论采取星形仍是三角形接线方法，体系总功率都能够应用两个电压通道跟两个电流畅道来断定。比方，图15表现了一个星形接线体系。依据基尔霍夫电流定律，假如已知此中两个电流，就能够断定体系中的全部电流。经由过程丈量两相绝对于第三相的绝对电压，就能够断定体系中的全部电压。图15. 该三线星形接线体系（无中性线）用于阐明怎样应用双功率表法丈量三相体系每个功率表丈量的刹时功率是刹时电压跟电流样本的乘积。功率表1由iA跟vAC构成，此中p1 = iA (vAC) = iA (v1 - v3)功率表2由iB跟vBC构成，此中p2 = iB (vBC) = iB (v2 – v3)p1 + p2 = iA (v1 – v3) + iB (v2 – v3) = iAv1 – iAv3 + iBv2 – iBv3p1 + p2 = iAv1 + iBv2 – (iA + iB) v3（公式1）依据基尔霍夫电流定律，iA + iB + iC = 0，因而iA + iB = –iC （公式2）用–iC取代公式1中的 (iA + iB)：p1 + p2 = iAv1 + iBv2 + iCv3，即三相的总刹时功率。因而，三线体系的总功率能够应用两个电压通道跟两个电流畅道构成两个功率表来断定。参考文献：André Blondel；《 多相电流能量丈量(Measurement of the Energy of Polyphase Currents)》；《国际电气年夜会论文集 (Proceedings of the International Electrical Congress)》；1893年8月；美国电气工程师学会图16. 应用双功率表法的三线体系设置。在A相跟B相上丈量电流，并在A相跟B相上丈量绝对于C相的电压。应用三个电压通道跟三个电流畅道 (3V3I) 丈量三相三线体系只管在三线体系中只要要两个功率表就能够丈量总功率，但应用三个功率表存在一些上风。三功率表设置须要六个示波器通道：三个电压通道跟三个电流畅道。此3V3I设置供给独自的相电压跟各相的功率，这是双功率表设置所不克不及做到的。图17. 三相三线体系，采取三个电压通道跟三个电流畅道（三个功率表）丈量。对应用3V3I设置丈量的三线体系，IMDA软件供给将线电压 (LL) 转换为相电压 (LN) 的设置选项。只管三线体系中不物理中性线，但能够依据刹时线电压断定刹时相电压。这种逐点的LL-LN转换将把全部电压表现为绝对于单一参考点，并改正了每个相中电压与电流之间的相位关联。你能够经由过程翻开跟封闭转换来察看相量图上的相位关联，从而懂得LL-LN转换的相位校订。翻开LL-LN转换，则能够经由过程将相电压跟相电流相乘来盘算刹时功率。比方，咱们能够盘算出供给给负载的总有功功率 (ΣTrPwr)。ΣTrPwr = (vAN * iA) + (vBN * iB) + (vCN * iC)图18. 在翻开LL-LN转换的3V3I设置中，能够读出各相的有功功率、无功功率跟视在功率以及全部相的总功率。请留神，总功率丈量值与应用“双功率表” (2V2I) 设置测得的功率丈量值相称。应用三个电压通道跟三个电流畅道 (3V3I) 丈量三相四线体系假如体系中的线路与驱动器之间或驱动器与电机之间应用中性导体，则须要三个电压通道跟三个电流畅道来丈量总功率。图19表现了一个此类四线体系。全部电压都是绝对于中性线丈量的。线电压能够应用矢量数学依据相电压幅度跟相位准确盘算得出。总功率 ΣTrPwr =P1 + P2 + P3。图19. 三相四线 ( 三功率表法 )变频驱动器体系模块的丈量变频驱动器体系的差别功效模块采取差别的丈量跟技巧。咱们将先容各模块（输入、直流母线、输出跟电机）的要害丈量值，并阐明其在5系列跟6系列MSO中IMDA剖析东西中的地位。图20. 驱动器输入、直流母线、输出跟电机采取差别的丈量方式三相主动设置IMDA软件包含三相主动设置功效，可依据所选的接线设置主动设置电压跟电流源。该功效可为示波器设置最佳垂直、程度、收罗跟触发参数，而且可用于全部有功功率丈量。这极年夜地简化了丈量设置，在丈量变频驱动器输出上的PWM波形时尤为便利。下期预报经由过程本文的先容，读者能够疾速控制三相电机驱动器丈量的基本常识跟面对的挑衅。鄙人一篇文章中，咱们将深刻探究怎样应用示波器停止详细的电气跟机器丈量，包含输入、输出、直流母线丈量以及机器参数的丈量方式。