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脉宽调制(PWM) 马达驱动器电源的测试分析(中)

脉宽调制(PWM) 马达驱动器电源的测试分析(中)

6. 驱动器直流总线测量

虽然脉宽调制驱动器输入和输出之间的连接称为直流总线,但这个总线上的电压和电流远非纯直流,因此,在进行所需的测量时必须小心谨慎。


直流总线测量最好在存储电容器输入端进行,如图5所示,因为从本质上讲,这里的电流是来自交流电源的低频电容器充电脉冲,是从逆变器吸收的高频电流脉冲中释放出来的。


图5. 设置直流总线测量


表3. 直流总线关键测量参数


如果独立进行直流总线测量,可以利用分析仪的CH1( 通道1)。不过,直流总线测量往往与驱动器输入或输出的三相二线测量一起进行。在这种情况下,应当使用剩余独立运行通道中某个通道对直流总线进行测量。


例如,将CH1 和CH2 连接,进行输入或输出测量。CH3 与直流总线相连,如图5 所示。使用F[7] 选择脉宽调制马达驱动器输入或输出模式,并启动独立的CH3。


7. 驱动器输入测量

从本质上讲,大多数脉宽调制马达驱动器输入电路是三相二极管整流桥,并包含电容滤波器,如图6 所示。



图6. 脉宽调制驱动器的输入整流器和滤波器级


每个输入相的电流波形由为存储电容器充电的脉冲组成。图7 给出某相的电流波形,它包括电源频率的基波分量以及大量谐波分量。


图7. 脉宽调制驱动器输入端电压和电流波形


如果驱动器的逆变器部分为输入电路提供一个恒流负载,那么每相的输入电流将是一个振幅恒定的失真波形,如图7 和图8 所示。


图8. 未经调制的输入电流波形


遗憾的是,脉宽调制驱动器的逆变器部分可能不向输入电路提供恒流负载;在这种情况下,从电容器吸收电流的负载电流将受到输出频率分量的影响。这意味着,来自交流电源的电流在工频频率是复杂的、失真的电流波形,它由驱动器频率进行调制。图9 给出其波形。调制可能严重影响测量,特别是在低驱动速率,不过,利用扩展的测量区间(为驱动器输出波形周期整数倍),可以解决这个问题。


图9. 在输出频率处进行调制的输入电流波形


PA4000 支持脉宽调制驱动器输入功率的精密测量,即使马达处于低频时。输入功率测量与交流工频同步,但通过调节显示屏更新速率及均值设置,可以扩展测量区间。


表4. 选择显示屏更新时间和均值,把驱动器输出频率对驱动器输入功率测量的影响降到最小


对于超过20 Hz 的输出频率,PA4000 的默认设置通常将给出稳定结果。默认设置是:

显示屏更新速率:0.5 s

平均:10

当输出频率在5 Hz ~ 20 Hz 之间时,将均值设置为10,以改进稳定度;对显示屏更新时间进行设置,使之包括测得的脉宽调制输出周期(1/f) 的整数倍。根据经验法则,应提供10 个周期。

例如:

输出频率 = 5.5 Hz

显示屏更新速率 = 10/(5.5 Hz)= 1.8 s

对于低于5 Hz 的输出频率,使用最长的显示屏更新速率(2 s),平均为10。

例如,对单相驱动器进行测量时,如果读数太大,可以将均值设置为10 以上,以帮助使测量稳定。


分析仪通过三相三线配置进行连接,如图10 所示( 即所谓的两表法,关于利用n-1 台功率表可以测量通过n 条线路向系统提供电源的证明,请参见应用指南:三相测量原理)。


图10. 三相三线连接


在这个线路配置中,可能使用分析仪的第三通道和第四通道,以测量驱动器输出或驱动器内的直流总线。

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