美国Fluke192B万用示波表在变频器分析过程中的应用

    1  引言
    变频器作为一种智能调速装置以其多用途、高可靠性和明显的节电效果迅速广泛地应用于各种马达控制上，如冶金、造纸、电子产品装配等生产线。生产当中变频器内部一旦发生故障尤其是板件级故障，单凭经验有时很难去判断，这时候有必要借助高性能的测试仪器进行分析。Fluke192B便携式万用示波器集示波器、万用表、无纸记录仪于一体，具有足够的带宽（60MHz），是现代电力电子装置的理想测试工具。

    2  通用变频器工作原理
    通用变频器采用了先把频率、电压都固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频率、电压都连续可调的三相交流电，即交-直-交方式。所谓“通用”，包含着两方面的含义：一是可以和通用的笼型异步电动机配套使用；二是具有多种可供选择的功能，适用于各种不同性质的负载。图1绘出了一种典型的数字控制通用变频器-异步电动机调速系统原理图。

图1  典型的数字控制通用变频器-异步电动机调速系统原理

图

    现代PWM变频器的控制电路大都是以微处理器为核心的数字电路，其功能主要是接受各种设定信息和指令，再根据它们的要求形成驱动逆变器工作的PWM信号，如图2所示。

图2  驱动逆变器工作的PWM信号

    3  Fluke 192B万用示波表检测分析变频器逆变（UI）部分的门极PWM驱动信号以及输出电压波形。（以芬兰VACON CX 系列变频器为例）
    （1 ） 首先将专用的门极适配器（GS1）连接至示波器的CH-A，如图3所示。

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图3 门极适配器（GS1）连接至示波器的CH-A

    （2）再将GS1的3个门极接头（X9，X11，X13）连至功率板上对应的门极插槽 （X9,X11,X13），如图4所示。

图4 GS1的3个门极接头（X9，X11，X13）连至功率板上对应的门极插槽（X9,X11,X13）

    （3）用DC power supply给待测功率板和控制板供电，连接示波器至PC,通过flukeview4.2监视软件观察U、V、W相的SPWM波。当DC-link的电压达到额定值时，IGBT的三相上下半桥的门极电压应为-12V左右，以使IGBT截止，如图5所示。

图5  IGBT截止的门极电压

    （4）然后使其运行在0Hz，观察每相上下半桥的SPWM波的调制频率是否正常（不同的功率板此频率不同，此板显示为733.7Hz），如图6所示。

图6      每相上下半桥的SPWM波的调制频率（0Hz时）

    （5）供给变频400V交流电源，调节给定频率至50Hz,观察PWM 输出电压波形，如图7所示,从该波形可以看出纹波比较少，输出比较稳定。

图7  PWM 输出电压波形（50Hz）

    （6）最后，利用Flukeview4.2提供的测试报告应用宏（Qreport Macro）模板自动生成一份极具价值的测试分析报告，以图表8为示例。
    Fluke ScopeMeter® Test Report
    Company: VACON Drives Co., Ltd.
    Contact: xxx
    Address: xxx
    Zip: xxx
    City: xxx
    Phone: xxx
    Fax: xxx
    E-mail: xxx
    Date: xxx

    Instrument Screen:

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图8     Description: xxxxxxx

    4结束语
    以上波形全部在Fluke独特的‘即触即测’（Connect-and –ViewTM）自动触发模式下测试的，方便快捷。另外还可以用该示波器的‘万用表’功能对变频器的整流桥二极管和逆变桥IGBT进行精确测量，限于篇幅在此不再赘述。

    参考资料：
    [1] 曾毅等. 调速控制系统的设计与维护. 山东科学技术出版社， 2002年1月。
    [2] VACON Drives Co.,Ltd. CX User manual. Finland.
    [3] Fluke 电气电子测试工具样本。