使用示波器對三相電機驅動器進行測量

大多數現代電機驅動系統使用某種調制形式來控制電機 頻率，從而控制電機速度。在大多數情況下，此類變頻 驅動器 (VFD) 通過輸出精心控制的脈沖寬度調制 (PWM) 波形來實現這一點。此類系統通常以三相形式輸出功率， 因為三相是電機的最佳配置。 自電氣工程誕生以來，三相交流感應電機 (ACIM) 一直 是工業領域的主力。它們可靠、高效、成本低且幾乎不 需要維護。但電機和驅動器有多種不同類型。交流感應 電機 (ACIM) 的效率低于無刷直流電機 (BLDC) 和永磁同 步電機 (PMSM)。與交流感應電機相比，同步無刷直流 電機和永磁同步電機效率更高，重量也更輕，但需要更 先進的控制算法。 盡管每種類型的電機驅動系統有其獨特的特性，但電機 驅動器都使用脈沖寬度調制技術來改變輸送到電機的頻 率和電壓。

PWM 電機驅動器的工作原理 多種類型的電機采用脈沖寬度調制 (PWM) 形式驅動， 包括有刷直流電機、交流感應電機、無刷直流電機和永 磁同步電機。PWM 使驅動器能夠改變輸送到電機的頻 率和電壓。

盡管很多年前人們就已經掌握 PWM 驅動器的工作原理， 但卻是功率半導體、控制電子組件和微處理器的改進和 成本的降低才推動了此類驅動器的廣泛使用。矢量控制 技術進一步推動了這一趨勢。通過矢量控制，設計者能 夠在交流電機的高可靠性基礎上，實現直流電機的高效 率和精確可控性。無刷直流電機和永磁同步電機正在廣 泛應用領域取代有刷直流電機和交流感應電機，這些領 域不僅包括工業應用，還包括電動工具、家用電器和電 動汽車。

示波器探頭設置

在進行任何功率測量之前，必須完成一些重要步驟。電 流探頭必須消磁，并且所有探頭都應校正，以獲得準確 的測量結果。

接線配置

變頻驅動器的輸入和輸出通常都使用三相電。然而，商 業、住宅和汽車驅動系統中使用的某些變頻驅動器可能 由單相交流或直流供電。此外，三相系統可以采用兩種 接線和建模方式：星形（或稱 Y 形）和三角形。接線配 置決定了功率分析中使用的計算方法，因此了解并選擇 正確的接線配置對于獲得預期結果非常重要。接線配置 適用于電機驅動器的輸入和輸出。

變頻驅動器系統模塊的測量 變頻驅動器系統的不同功能模塊采用不同的測量和技術。我們將介紹各模塊（輸入、直流母線、輸出和電機）的關 鍵測量值，并說明其在 5 系列和 6 系列 MSO 中 IMDA 分析工具中的位置。

三相自動設置 IMDA 軟件包括三相自動設置功能，可根據所選的接線配置自動配置電壓和電流源。該功能可為示波器設置最 佳垂直、水平、采集和觸發參數，并且可用于所有有功功率測量。這極大地簡化了測量設置，在測量變頻驅動 器輸出上的 PWM 波形時尤為方便。

輸入（線路）測量 大多數工業和重型商用變頻驅動器都采用三相輸入。較 小的驅動器可能使用單相線電壓。特別是在電動汽車和 其他電池供電的應用中，驅動器通常采用直流供電。 IMDA 電源分析軟件支持所有這些配置（參見上面的“接 線配置”）。在 IMDA 測量包中，電能質量測量組和諧 波測量組用于計算驅動器的功耗以及驅動器對配電系統 的預期影響。

電能質量 電能質量測量組包括表征驅動器功耗的測量。這些測量 也可以用于驅動器的輸出（請參閱下面的“輸出測量”）。 圖顯示了電氣分析部分中的電能質量測量。選擇電 能質量測量會生成相量圖、波形和測量標識。圖中顯示 了已配置繞組的電能質量能量和功率數學波形。功率波 形是使用數學算法將各相的電壓和電流波形相乘得出 的。

總結： 對三相電機驅動器進行測量面臨著諸多挑戰，因為必須 進行連接，波形非常復雜且數學運算量巨大。泰克 5/6 系列 MSO 示波器的 IMDA 軟件大幅簡化了這些測量， 為功率分析儀測量提供了高速采樣系統和實時示波器可 視化的優勢。