萬用示波表在變頻器分析過程中的應用

1 引言

變頻器作為一種智能調速裝置以其多用途、高可靠性和明顯的節電效果迅速廣泛地應用於各種馬達控制上,如冶金、造紙、電子產品裝配等生產線。生產當中變頻器內部一旦發生故障尤其是板件級故障,單憑經驗有時很難去判斷,這時候有必要藉助高性能的測試儀器進行分析。Fluke192B攜帶型萬用示波器集示波器、萬用表、無紙記錄儀於一體,具有足夠的帶寬（60MHz）,是現代電力電子裝置的理想測試工具。

2 通用變頻器工作原理

通用變頻器採用了先把頻率、電壓都固定的交流電整流成直流電,再把直流電逆變成頻率、電壓都連續可調的三相交流電,即交-直-交方式。所謂「通用」,包含著兩方面的含義：一是可以和通用的籠型非同步電動機配套使用;二是具有多種可供選擇的功能,適用於各種不同性質的負載。圖1繪出了一種典型的數字控制通用變頻器-非同步電動機調速系統原理圖。

圖1 典型的數字控制通用變頻器-非同步電動機調速系統原理圖

現代PWM變頻器的控制電路大都是以微處理器為核心的數字電路,其功能主要是接受各種設定信息和指令,再根據它們的要求形成驅動逆變器工作的PWM信號,如圖2所示。

圖2 驅動逆變器工作的PWM信號

3 Fluke 192B萬用示波表檢測分析變頻器逆變（UI）部分的門極PWM驅動信號以及輸出電壓波形。（以芬蘭VACON CX 系列變頻器為例）

（1 ） 首先將專用的門極適配器（GS1）連接至示波器的CH-A,如圖3所示。

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圖3 門極適配器（GS1）連接至示波器的CH-A

（2）再將GS1的3個門極接頭（X9,X11,X13）連至功率板上對應的門極插槽 （X9,X11,X13）,如圖4所示。

圖4 GS1的3個門極接頭（X9,X11,X13）連至功率板上對應的門極插槽（X9,X11,X13）

（3）用DC power supply給待測功率板和控制板供電,連接示波器至PC,通過flukeview4.2監視軟體觀察U、V、W相的SPWM波。當DC-link的電壓達到額定值時,IGBT的三相上下半橋的門極電壓應為-12V左右,以使IGBT截止,如圖5所示。

圖5 IGBT截止的門極電壓

（4）然後使其運行在0Hz,觀察每相上下半橋的SPWM波的調製頻率是否正常（不同的功率板此頻率不同,此板顯示為733.7Hz）,如圖6所示。

圖6 每相上下半橋的SPWM波的調製頻率（0Hz時）

（5）供給變頻400V交流電源,調節給定頻率至50Hz,觀察PWM 輸出電壓波形,如圖7所示,從該波形可以看出紋波比較少,輸出比較穩定。

圖7 PWM 輸出電壓波形（50Hz）

（6）最後,利用Flukeview4.2提供的測試報告應用宏（Qreport Macro）模板自動生成一份極具價值的測試分析報告,以圖表8為示例。

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Waveform1 Waveform2 Waveform3

圖8

4結束語

以上波形全部在Fluke獨特的『即觸即測』（Connect-and –ViewTM）自動觸發模式下測試的,方便快捷。另外還可以用該示波器的『萬用表』功能對變頻器的整流橋二極體和逆變橋IGBT進行精確測量,限於篇幅在此不再贅述。

參考資料：

[1] 曾毅等. 調速控制系統的設計與維護. 山東科學技術出版社, 2002年1月。

[2] VACON Drives Co.,Ltd. CX User manual. Finland.

[3] Fluke 電氣電子測試工具樣本。