1、第8 卷第1期2008年3月溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報Journal of Wenzhou Vocational & Technical CollegeV ol.8 No.1Mar.2008謝宇(溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣電子工程系,浙江溫州325035變頻器電量參數(shù)的工程測量 2007-11-04謝宇(1973,男,浙江瑞安人,溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣電子工程系講師.收稿日期作者簡介摘要由于普通儀表是按直流量或工頻率正弦量的測量而設(shè)計的,而變頻器中的電壓和電流波形的諧波成分較大,采用普通儀表對其進(jìn)行測量時,具有一定的特殊性。通過對普通儀表的分析,正確地選擇普通儀表,對變頻器的電量進(jìn)行測量能滿足實際工

2、程測量的需要。關(guān)鍵詞變頻器;儀表;電量測量中圖分類號T N 773文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號1671-4326(200801-0039-030引言隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展,變頻器已經(jīng)在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。通用變頻器的網(wǎng)側(cè)輸入電壓波形基本上是正弦波,但輸入電流是脈沖式的充電電流,含有豐富的諧波,如圖1所示。變頻器輸出電壓波形是正弦調(diào)制的SPWM 波形,如圖2所示。由此可知,通用變頻器的電壓和電流含有大量的諧波和畸變量1。面對變頻器含有大量的諧波、畸變量或是非工頻的電量,準(zhǔn)確的測量方法是采用快速傅里葉級數(shù)分析儀。但這類儀器一般價格昂貴、使用不便,因而在很多場合,如變頻調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,仍不得不使用

3、一些普通儀表來完成電壓、電流的測量。由于普通儀表是按直流量或工頻率正弦量的測量而設(shè)計的,用于變頻器的電量測量時,如果儀表類型選擇不當(dāng),測量結(jié)果會出現(xiàn)很大的誤差,甚至無法測量。因此,如何正確地選擇普通儀表,對變頻器的電量進(jìn)行測量,是值得進(jìn)一步探討的問題。圖1變頻器輸入電壓、電流波形On the Engineering Measurement of Electrical Parameters of ConverterXIE Y u(Electric a nd E lectronic E ngineering D epartment, W enzhou V ocational & T ech

4、nical C ollege, W enzhou, 325035, C hinaAbstract: As the ordinary instrument is designed according to the direct current or the sine quantities ofpower frequency, and the voltage and current waves in the converter have big harmonic component, measuring them with the ordinary instrument has its own c

5、haracteristics. Making analysis on ordinary instruments and choos-ing the correct instrument to measure the electricity of the converter can meet the demand of engineering measurement.Key words: Converter; Instrument; Electrical measurement圖2變頻器輸出電壓、電流波形1普通儀表分析1.1磁電式儀表40溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報2008年3月磁電式儀表是由通電線圈在

6、磁場(永久磁鐵產(chǎn)生中受到電磁力而發(fā)生偏轉(zhuǎn)來指示被測電流的大小。該儀表可動線圈的旋轉(zhuǎn)角與流過線圈的電流成正比,即:=SII其中,為指針偏轉(zhuǎn)角度,SI為電流靈敏度,I為流過線圈的電流。由于磁電式儀表的偏轉(zhuǎn)部分是線圈,故測量電壓時,不能像電磁式儀表那樣大量增加線圈的匝數(shù),而必須依靠串聯(lián)一個阻值很大的附加電阻r來減小取用電流。磁電式儀表不能用來測量交流電,只有配上整流器組成整流式儀表后,才能用于交流測量。1.2整流式儀表整流式儀表是把交變電壓經(jīng)整流后再通入磁電式儀表,是用磁電式儀表測量交流電的一種方式。整流式儀表電路如圖3所示。該儀表指針的偏轉(zhuǎn)角與被測量的電流平均值成正比,即:=kI其中,為指針偏轉(zhuǎn)角

7、度,K為常數(shù),I為流過線 圈電流的平均值。圖3整流式儀表電路測量正弦量時,由于正弦量的波形因數(shù)(有效值與平均值之比為常數(shù),故儀表的刻度可以按比例地刻成為有效值;測量非正弦量時,就平均值而言,測量的結(jié)果是準(zhǔn)確的,但由于非正弦量的波形因數(shù)與正弦量不同,故其指針的讀數(shù)不一定準(zhǔn)確。1.3電磁式儀表電磁式儀表是測量交流電壓與交流電流時最常用的一種儀表,在工程應(yīng)用中應(yīng)用得比較普遍。該儀表的指針偏轉(zhuǎn)角與流過線圈電流的平方成正比,即:=12I2KI2dLd電磁式儀表的基本測量量是電流有效值的平方,存在頻率范圍、準(zhǔn)確度和靈敏度及抗外磁能力差等缺點。1.4電動式儀表電動式儀表由兩組線圈構(gòu)成,固定線圈和偏轉(zhuǎn)線圈、指

8、針與偏轉(zhuǎn)線圈同軸,如圖4a所示。當(dāng)兩個線圈中分別通入電流時,兩者的磁場相互作用,使偏轉(zhuǎn)線圈受力而旋轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)角與兩線圈內(nèi)電流的乘積成正比。電動式儀表的偏轉(zhuǎn)角為:=KI1I2 COS第 8 卷第 1期41 圖5變頻器電量的普通儀表測量(4輸入功率因數(shù)的測量。由于變頻器的輸入電流含有豐富的諧波,直接用功率因數(shù)表測量會產(chǎn)生很大的誤差,故變頻器的輸入功率因數(shù)C OS =輸入功率P口輸入電壓輸入電流2.2輸出側(cè)的測量 (1輸出電壓的測量。變頻器輸出的電壓波形是正弦調(diào)制的S P W M 波形,含有高次諧波分量,而電動機(jī)轉(zhuǎn)矩主要依賴于基波電壓有效值,故采用整流式儀表是最合適的。整流式儀表中串聯(lián)了阻值很大的附加

9、電阻r ,使整個測量電路基本上接近于純阻性質(zhì)。在測量變頻器的輸出電壓時,流入線圈的電流波形基本上與電壓波形相同,從而使測量變頻器的輸出電壓比較準(zhǔn)確。由于變頻器的輸出電壓中含有高次諧波成分,故測量結(jié)果與基波電壓相比略大一些。應(yīng)注意使用T V 時,應(yīng)采用2倍以上的額定電壓,使其不發(fā)生磁飽和。通過對FR-E540-3.7KW 變頻器進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩運行時,可以采用不同的儀表測量變頻器的輸出電壓(見表1。表1變頻器輸出電壓的測量6039239940542343050398407410427441403253333453613723027228430132934320204213218231246輸出頻率(f

10、/HZ輸出電壓(V 快速傅里葉級數(shù)分析儀加低通濾波整流式電磁式數(shù)字式對快速傅里葉級數(shù)分析儀、0.5級整流式電壓表、0.5級電磁式電壓表和數(shù)字式交流電壓表的測量結(jié)果進(jìn)行比較,如圖6所示。顯然,整流式電壓表的測量結(jié)果最接近快速傅里葉級數(shù)分析儀測得的基波電壓有效值,并與變頻器的輸出頻率成線性關(guān)系;也可以采用阻容濾波器與整流電壓表配合使用,能得到更精確的基波電壓,如圖7所示。圖6輸出電壓的測量結(jié)果比較注:數(shù)字式交流電壓表;0.5級電磁式電壓表;快速傅里葉級數(shù)分析儀;0.5級整流式電壓表。圖7阻容濾波器(2輸出電流的測量。輸出電流測量的是總有效值,因而常選用電磁式電流表。應(yīng)注意使用電流互感器時,在低頻時電流互感器容易飽和,需選擇適當(dāng)容量的電流互感器。(3輸出功率的測量。輸出功率采用電動式功率表測量,由于電動機(jī)的三相電流是平衡的,故可用兩表法來測量三相電功率,如圖5所示。2.3整流橋輸出電壓的測量整流橋輸出的是直流電壓,比較穩(wěn)定,可采用磁電式儀表(指針式萬用表來測量。三相電源的線電壓U L 為380V,經(jīng)全波整流之后的平均電壓為1.35U L ,即513V 2。3結(jié)束語由于變頻器的輸入、輸出電壓和電流波形的諧波成分較大,采用普通儀表對其進(jìn)行測量時,具有一定的特殊性