變頻器參數(shù)的測(cè)定與儀表的選擇

隨著變頻技術(shù)的日臻完善，變頻器應(yīng)用越來越廣泛，特別是近幾年在煤礦生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，根據(jù)調(diào)查，變頻技術(shù)在煤礦技術(shù)改造項(xiàng)目中占55％以上。目前，在礦井提升機(jī)、帶式運(yùn)輸、采煤機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)等都有應(yīng)用，而且發(fā)展勢(shì)頭良好。

然而，由于目前現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員對(duì)變頻器技術(shù)的相關(guān)知識(shí)掌握得較少，對(duì)變頻器電氣特性的測(cè)定方法掌握得不夠全面，如果測(cè)量?jī)x器的選擇和使用不當(dāng)，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，給診斷與維修帶來很大困難。由于多年從事變頻器研究、應(yīng)用與開發(fā)工作，對(duì)變頻器電氣特性的測(cè)定方法與測(cè)量?jī)x器的選用積累了一定經(jīng)驗(yàn)，供現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員進(jìn)行檢修、故障診斷和參數(shù)測(cè)量時(shí)參考。

對(duì)于設(shè)備檢查或節(jié)能測(cè)試來說，與其測(cè)定變頻器內(nèi)部不如以測(cè)定變頻器輸入、輸出功率為主體，電壓、電流、功率因數(shù)、效率等數(shù)據(jù)為輔進(jìn)行比較、分析和判斷。

通常電氣儀表以測(cè)定工頻波形（50Hz、60Hz的正弦波）為目的而制造，因此，如果測(cè)定的波形為矩形波或近似正弦波，則使儀表的指示值與工頻電源時(shí)不同。特別是在測(cè)量頻率比工頻低或顯著高的場(chǎng)合，指示差變大（根據(jù)測(cè)量?jī)x表的種類而不同）。目前尚沒有作為變頻器使用的規(guī)格化測(cè)量?jī)x器，使用快速傅里葉級(jí)數(shù)分析儀（FFT）測(cè)得的數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，但工廠企業(yè)應(yīng)用很少，因此正確選擇與用途相適應(yīng)的測(cè)量?jī)x表尤為重要。

一、測(cè)定部位與測(cè)量?jī)x器

變頻器的輸入側(cè)為整流回路，它具有非線性特性，因此產(chǎn)生高次諧波。此高次諧波將使輸入電源的電壓波形和電流波形發(fā)生畸變。變頻器的輸出側(cè)采用PWM控制，均有高次諧波產(chǎn)生，其輸出電壓、電流波形也并非標(biāo)準(zhǔn)正弦波，波形如圖1所示。因此，根據(jù)測(cè)定部位的不同，選擇的測(cè)量?jī)x器也不同。測(cè)量電路如圖2所示。

1、電壓測(cè)定

電源側(cè)為工頻，通常用何種儀表都無妨，可以選擇電磁式或整流式儀表。電磁式儀表是測(cè)量交流電流和電壓的一種電測(cè)量
指示儀表。由于它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，過載能力強(qiáng)，工作可靠，造價(jià)低廉以及交直流兩用等一系列優(yōu)點(diǎn)，而得到廣泛應(yīng)用。

無論被測(cè)電流的波型如何，電磁式測(cè)量機(jī)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)角取決于電流有效值的平方。因此，它所測(cè)量的是電流的有效值，對(duì)直流、正弦交流及非正弦交流均適用。另外，在測(cè)量機(jī)構(gòu)中，被測(cè)電流通過固定線圈，因此，只要用粗的導(dǎo)線繞制線圈，就可以直接測(cè)量大電流。一般利用測(cè)量機(jī)構(gòu)本身可以測(cè)量最大電流約為200A。

負(fù)載側(cè)為頻率可變的開關(guān)波形，所以采用指示平均值的整流式儀表較為臺(tái)適。如果電壓較低，也可以采用0.5級(jí)的萬用表，精度、測(cè)量范固均能滿足要求。

2、電流測(cè)定

從圖1所示的波形可以看出，變頻器輸人側(cè)電流波形畸變較大，所以采用0.5級(jí)電磁式電流表較為合適。輸出側(cè)電流波形近似正弦波，采用0.5級(jí)電磁式電流表或采用0.5級(jí)電熱式電流表均可，但采用電磁式電流表比采用電熱式電流表的測(cè)量效果要好些。

3、功率測(cè)定

功率測(cè)定使用功率表。功率表有單相功率表和三相功率表。以使用三臺(tái)單相功率表為標(biāo)準(zhǔn)，由于一般三相波形是平衡的，使用兩相功率表也無妨，但是必須采用電動(dòng)式測(cè)量?jī)x表。

電動(dòng)式儀表指針偏轉(zhuǎn)角的計(jì)算公式

從公式中可以看出，偏轉(zhuǎn)角與功率成正比，顯然對(duì)直流或非正弦信號(hào)也適用，其標(biāo)尺是均勻的，因此，其誤差可以很小。

4、功率因數(shù)的測(cè)定

變頻器的功率因數(shù)是根據(jù)變頻器輸人側(cè)的電壓表、電流表和功率表所測(cè)定的值計(jì)算得出。由于電流波形畸變，用普通功率因數(shù)表測(cè)定不能得到正確的數(shù)值，所以根據(jù)功率因數(shù)的定義按式計(jì)算。

二、測(cè)量?jī)x器與測(cè)量誤差

由于變頻器的輸人、輸出電壓和電流波形的諧波成分較大，波形不是標(biāo)準(zhǔn)正弦波，如果所使用的測(cè)量?jī)x表選擇得不合適，所測(cè)得的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性會(huì)有較大的影晌，將會(huì)引起較大的誤差。下面分析使用不同的儀表引起的誤差的情況：

通過對(duì)FR—A540—3.7kW的變頻器進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，采用不同的測(cè)量?jī)x表來測(cè)量輸人、輸出電流和輸出電壓，電磁式測(cè)量?jī)x表采用T32一VA型，0.5級(jí)。整流式電壓表采用MF64型；電動(dòng)式功率表采用D26-W型，0.5級(jí)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如附表所示。

從實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)可以看出：

（1）不同的儀表測(cè)得的數(shù)值相差很大，特別是額率在50Hz以下時(shí)，隨著頻率的降低，誤差越來越大，數(shù)據(jù)也相對(duì)較分散。這是因?yàn)檩斎雮?cè)的電流隨著頻率的降低，諧波分量越來越大，輸入電流產(chǎn)生很大的波形畸變，對(duì)干不同的儀表影響也不相同。特別是變頻器容量越大，這種現(xiàn)象越明顯。

（2）輸出電流和電壓的測(cè)量值相對(duì)較集中，說明輸出信號(hào)具有很好的規(guī)律性，波形畸變相對(duì)較小，測(cè)量誤差較穩(wěn)定。

（3）如果以FFT為參考，對(duì)電壓的測(cè)量，其儀表的精度依次是整流式儀表、電磁武儀表、數(shù)字式儀表；對(duì)電流的測(cè)量，其儀表的精度依次是電磁式儀表、電熱式儀表。

（4）從表中的數(shù)據(jù)可以看出，頻率在5OHz時(shí)，測(cè)得的數(shù)據(jù)較附近的值略高。因?yàn)轭l率在5OHz時(shí)，波形規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，近似正弦波；另外，通常電氣收表是以測(cè)定工頻波形為目的而制造的，測(cè)量誤差非常小，測(cè)量結(jié)果最為準(zhǔn)確。

（5）由干不同測(cè)量?jī)x表的工作原理略有不同，不同形式的電流對(duì)指針轉(zhuǎn)角的影響備不相同，特別是低額或非正弦信號(hào)，影響更加明顯

三、注意事項(xiàng)

（1）根據(jù)測(cè)量的部位和參數(shù)的不同，正確選擇測(cè)量?jī)x表。

（2）在測(cè)量過程中注意量程的選擇，首先根據(jù)變頻器的實(shí)際參數(shù)，估算測(cè)量值的大小，然后選擇儀表的量程，最好不要超過實(shí)際測(cè)量值的一倍，這樣可以保證測(cè)量精度。

（3）在測(cè)量電流（特別是電流數(shù)值較大）時(shí)，電流表必須可靠地串聯(lián)在被測(cè)電路中，以免電流過大，接觸不好而斷開，發(fā)生缺相現(xiàn)象。

（4）如果是對(duì)高壓、大容量的變頻器進(jìn)行測(cè)試，由干電壓、電流數(shù)值較大，一般儀表不能滿足要求，要采用電壓或電流互感器，然后再接儀表進(jìn)行測(cè)量。

總之，經(jīng)過對(duì)變頻器不同部位的測(cè)量方法的論述，較全面地分析了在故障判斷或容量估算過程中，如何能夠正確使用各種儀器儀表進(jìn)行測(cè)量，避免在工作中由于方法不當(dāng)造成結(jié)論分析錯(cuò)誤或不必要的損失。