变频器的输入和输出电压电流中,都含有许多谐波成分,因此,在对变频器各种电参量进行测量时,要考虑到这些谐波对仪表的影响,有针对性的选择测量仪表。
一、常见仪表种类
1、电磁式仪表
电磁式仪表的指针偏转角与线圈内通入的电流的有效值的二次方成正比,即:
式中: θa---指针偏转角
Kθ1---常数
I---仪表线圈内通入电流有有效值
可见,电流仪表的偏转角(即常数)在大小与电流的方向无关。
2、整流式仪表
整流式仪表是将被测量的交变量整流成直流后再由磁电式仪表进行测量。指针式万用表在测量交流电流的电压时,用的就是此方式。
在整流式仪表中,指针的偏转角与被测量的电流平均值成正比,即:
式中 Ia---被测电流的平均值
Kθ2---常数
3、热电式仪表
热电式仪表是利用仪表内热丝的电流的热效应进行测量的,热电式仪表的测量结果与被测电流的二次方成正比。
4、电动式仪表
电动式仪表主要用于测量电功率。它有两个线圈,电压线圈和电流线圈。指针的偏转角与电压和电流的乘积成比例。
5、数字式仪表
数字式仪表并无电压线圈,而是首先对被测电压进行采样,再进行数/模转换。
二、谐波对测量仪表的影响
1、电磁式仪表
(1)测量正弦电流时
由于变频器的输入/输出中含有高次谐波,因此,当电磁式仪表测量非正弦电流时,其测量结果为基波和高次谐波电流的总的有效值。
(2)测量非正弦电压时
由于电磁式仪表电压线圈的匝数较多,电感量较大,故流经线圈的谐波电流不大。所以,用电磁式仪表测量变频器电压时,所得的结果接近于基波。
2、整流式仪表
整流式仪表经常用于测量正弦量。由于正弦量的波形因数(有效值与平均值之比)为常数,故仪表的刻度是按比例地标为有效值。
而当整流式仪表测量含有谐波的非正弦量时,就平均值而言,测量结果是准确的,但因非正弦量的波形因数不是一个定值,所以这时的指针读数也就不一定准确了。
3、热电式仪表
在测量非正弦量时,测量结果为被电流的有效值(热电式仪表一般不用来测量电压)。但热电式仪表由于是基于热丝的热效应,所以测量值响应外界的变化比较慢,故不适于用于负载变动大的场合。
4、电动式仪表
(1)接于变频器输入侧时
由于被测电压是50Hz的正弦波,谐波电流与被测电压乘积的平均值为0,所以此时测得的功率为有功功率(基波电流功率)。
(2)接于变频器输出侧时
被测电压虽非正弦波,但电压线圈匝数多,电感量大,故流经电压线圈的电流主要是电压的基波成分。所以,同输入侧一样,被测电流中的谐波电流与基波电压乘积的平均值为0。故此时测得的功率也为有功功率。
5、数字电压表
在用数字电压表测量变频器的输出电压时,将存在两个问题:
(1)由于变频器的输出电压波形是经SPWM调制过的系列方波,因此,数字电压表采样时只是采集到这些方波的峰值,而这些峰值的不变的,都等于变频器的直流电压值。所以,此时用数字电压表测得的值不可以能是SPWM调制后的平均电压值。
(2)普通的数字电压表是用来测量工频电压(50Hz),所选用的采样元件和模/数转换元件的工作频率也比较低,而SPWM的调制频率为1.5~15KHz,这将导致采样和模数转换工作的紊乱,所以,此时就连测得的系列脉冲的峰值也往往是不准确的。
综上所述,在测量变频器的电参量时,应按如下原则测量仪表:
1、变频器输入侧
◆ 输入电压 因是工频正弦电压,故各类仪表均可使用
◆ 输入电流 以采用电磁式仪表为宜,热电式仪表也可
◆ 输入功率 电动式仪表
2、变频器输出侧
◆ 输出电压 以选用整流式仪表为好。如选用电磁式仪表,则测得的基波电压值偏低,绝对不能用数字式电压表。
◆ 输出电流 以选用电磁式仪表为宜,热电式仪表也可。
◆ 输出功率 电动式仪表