浅谈变频器的电气试验与测试仪表

量程，可以接入VT或CT。但要注意，由于电流不是正弦波，含有较多的谐波含量，因此，CT选择时要考虑频率范围。

　　图5－3输入电压、电流波形

　　输入功率的测量可以采用2表法（3P3W），即测量两个电压线电压Vab、Vcb和2个电流Ia、Ic，从而计算出输入有功功率、功率因数等数据。但是，由于输入端生产设计引起不平衡的，特别是小容量的变频器，其中的一相里往往有变频器本身的消耗，造成三相电流不平衡。这样要测量三个线电压、三相电流，即3V3A法才能够保证测量结果的准确性。

传统的有功功率的计算公式为：

　　P＝ Urms × Irms × cosφ （5－1）

式中：

• P：有功功率

• Urms：电压有效值

• Irms：电流有效值

• φ：电压电流夹角

　　但是，变频器的输入电流包括高次谐波，很难测量出相位角，按传统公式计算会产生较大误差。

　　横河（YOKOGAWA）的WT系列的谐波分析仪，使用数字采样方法。该法对指定的有效采样周期内获取的瞬时波形数据的总和进行平均。总和由样本数N平均，得出一个功率值（如图5－4）。

　　图5－4 电压、电流、功率采样结果

　　计算公式为：

　　（5－2）

式中：
u(t)：时刻“t”的电压瞬时值
i(t)：时刻“t”的电流瞬时值
Δt：采样时间间隔
N ：总采样样本数

　　相应的，标准正弦波的功率因数PF＝cosφ。对于变频器来说，PF＝P/S。

　　对于三相系统来说，功率因数的计算公式为：

　　（5－3）

式中：
ΣPF：三相功率因数
ΣP：三相有功功率
ΣS：三相视在功率

　　但是，对于不同的测量方式，ΣΡ和ΣS的计算公式是不一样的。对于不平衡电路来说，我们一般采用3V3A法测量，因此计算公式如下：

　　（5－4）

式中：
ΣPF：三相功率因数
P1：第一路有功功率
P2：第二路有功功率
S1：第一路视在功率
S2：第二路视在功率
S3：第三路视在功率

　　采用谐波分析仪对各次谐波进行分析，然后对系统进行综合分析判断。

　　电压总的畸变率Uthd：

　　（5－5）

式中：
U（1）：基波电压
U（k）：k次谐波电压
Max：最大谐波次数

　　电流的总畸变率Ithd：

　　（5－6）

式中：
I（1）：基波电流
I（k）：k次谐波电流
Max：最大谐波次数

　　作为对低压配电线的高次谐波的管理指导值，电压的总畸变率应在5％以下。所以当Uthd为5％以上时，请接入交流电抗器或直流电抗器，以抑制高次谐波电流。

　　2） 输出侧的测量

　　变频器的输出波形见图5－5，是频率可变的信号，含有较多的高次谐波，而电动机转矩主要依赖于基波电压有效值。因此，需要测量的电压值，或者说一般变频器的额定电压值是基波有效值。对PWM类型的变频器来说，PWM电压的整流平均值正比于其输出电压基波有效值。日本电机学会(JEMA)规定：使用平均整流方法来计算有效值，因为该值更合适地反映了驱动电机的输出转矩。

　　图5－5 变频器输出波形

　　平均整流值的计算公式为：

　　（5－7）

　　校正后的平均整流值值的计算公式为：

　　（5－8）

　　校正后的值指的是当测量对象是正弦波时，校正值等于有效值。横河公司的WT1600等WT系列谐波分析仪，可以同时测量有效值、整流平均值等数值，用户可以根据需要进行方便的选择。

　　输出电流、输出功率、功率因数等的测量方法，与上面说的输入侧基本相同，就不再赘述了。

　　变频器的效率为：

　　（5－9）

式中：
η：变频器效率
ΣPout：变频器输出有功功率
ΣPin：变频器输入有功功率

　　WT1600还可以测量电机的机械输出，可测量电机的速度和扭矩传感器的输出，然后计算扭矩、旋转速度、机械功率、同步速度、滑差等，实现在一台仪器上测量电机效率与总效率。

　　六、结束语

　　随着变频技术的发展，对测量也提出了更高的要求。而测量仪表厂家，也根据变频器的发展和需求而进行进一步的仪器开发，不断推出新产品，以满足测试的新需求。比如目前变频技术的日益复杂化，一些非标准的正弦调制的PWM波形出现，经常发生输出电压的整流平均值与基波有效值不相等的情况，针对这种情况，横河公司推出WT系列的最新型号WT3000，在不改变测量模式的情况下，改进了设计，使其可以同时测量常规项目如整流有效值以及谐波如基波有效值等，从而使用户可以自己进行数据对比。

　　总之，产品与测量手段是相辅相成、互相促进的，二者都会随着技术的发展而推陈出新。

　　参考文献

　　1． 赵相宾 郭保良 《低压变频器的参数额定值和试验要求》

　　2． 张燕宾 《SPWM变频调速应用技术》中国电力出版社 2001