HIOKI最新功率分析儀3390 提高新能源/節(jié)能設(shè)備效率

從地球環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，和功率測(cè)量相關(guān)的需求及期待越來越大。太陽(yáng)能發(fā)電和電動(dòng)車(EV)的推廣、以及智慧型電網(wǎng)的構(gòu)想等措施都將促進(jìn)功率計(jì)的性能和功能的發(fā)展。本文特別將EV用馬達(dá)和變頻器的功率測(cè)量為例，通過日置電機(jī)針對(duì)支持高效控制系統(tǒng)的研發(fā)而開發(fā)的“功率分析儀3390”，來介紹近期功率計(jì)相關(guān)的動(dòng)向和測(cè)量需求。

在高度地球環(huán)境保護(hù)、防止溫室效應(yīng)減少二氧化碳的時(shí)機(jī)中，功率測(cè)量相關(guān)需求和愿望非常強(qiáng)烈。在新能源中，太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力、生物、原子能發(fā)電、燃料電池的需求增長(zhǎng)。節(jié)能設(shè)備中，冷暖空調(diào)設(shè)備和工廠產(chǎn)線用的變頻器馬達(dá)、空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)方面，也針對(duì)節(jié)能和高效實(shí)施了一些改善工作。另外，EV和電池相關(guān)的需求也成上漲趨勢(shì)。同時(shí)，三相馬達(dá)和變頻器的高效化成為當(dāng)務(wù)之急。

功率測(cè)量的多樣化和測(cè)量范圍的擴(kuò)大

在強(qiáng)化新能源相關(guān)系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)備的節(jié)能化的進(jìn)程中，針對(duì)功率測(cè)量方面的要求涉及許多方面。圖1是變頻器馬達(dá)測(cè)量的典型例子，而且最近的動(dòng)向和測(cè)量需求的主要方面，可列舉出以下事項(xiàng)。

希望非接觸、高精度的測(cè)量功率(變頻器的輸入和輸出同時(shí)測(cè)量)

希望1臺(tái)功率計(jì)能測(cè)量諧波畸變率和變頻器干擾等的測(cè)量參數(shù)

增加DC-AC轉(zhuǎn)換(PWM變頻器)的應(yīng)用

提高扭矩控制變頻器的性能

變頻器、馬達(dá)、電力調(diào)節(jié)器的高效化

將測(cè)量范圍從研發(fā)擴(kuò)大至設(shè)定現(xiàn)場(chǎng)

圖1 變頻器馬達(dá)的典型測(cè)試?yán)?/em>

針對(duì)這些需求，日置電機(jī)提供3390和電流傳感器。例如：針對(duì)①來說，鉗式電流傳感器9709可測(cè)量微小電流至500A的大電流;針對(duì)②開發(fā)了具備波形分析、功率測(cè)量、諧波分析、FFT分析功能的功率計(jì)。同時(shí)，對(duì)于測(cè)量參數(shù)的要求，可瞬時(shí)顯示馬達(dá)、變頻器評(píng)估數(shù)據(jù)。對(duì)于③，可實(shí)現(xiàn)從DC(直流)到變頻器帶寬(0.5Hz~150kHz)的寬帶寬測(cè)量。關(guān)于④，可進(jìn)行馬達(dá)電相角測(cè)量和功率參數(shù)的同時(shí)測(cè)量。針對(duì)⑤，1%以下的精度和重復(fù)精度，可實(shí)現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換效率測(cè)量的高精度。對(duì)于⑥來說，可攜帶的小型設(shè)計(jì)，可滿足高精度測(cè)量和簡(jiǎn)單測(cè)量的各種測(cè)量要求。

EV用最新馬達(dá)的評(píng)估和分析

為了測(cè)量馬達(dá)/變頻器的效率，首先需要同時(shí)高精度的測(cè)量變頻器的輸入和輸出功率后計(jì)算效率。此時(shí)，可測(cè)量高電壓/大電流的以及增強(qiáng)了絕緣功能、擴(kuò)大頻率特性的功率計(jì)顯得尤為重要。電壓測(cè)量方面對(duì)于AC1000輸入的呼聲越來越高。電流測(cè)量方面，有可測(cè)量從微小電流到500A的大電流的鉗式電流傳感器。之前所謂的高精度功率計(jì)，僅僅是在分流器輸入方面實(shí)現(xiàn)了而已，如果要滿足上述所有要求一直是非常困難的。

3390配上高精度的鉗式電流傳感器，達(dá)到高精度的功率測(cè)量。9709實(shí)現(xiàn)了超過分流器輸入的最高精度+0.16%，可用于變頻器馬達(dá)測(cè)量中所必須的DC，0.5Hz～150kHz的寬帶寬測(cè)量。

進(jìn)行馬達(dá)分析時(shí)，測(cè)量正確諧波的基波電壓/電流及其相位是必不可少的。3390適用于增量編碼器，簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確的測(cè)出馬達(dá)的同步信號(hào)?？赏ㄟ^使A相和Z相同步后，對(duì)馬達(dá)的輸入電壓/電流做諧波分析，從而測(cè)量電相角。

另外，3390可對(duì)馬達(dá)的同步頻率0.5Hz和諧波進(jìn)行分析。和0.5Hz～5kHz的基波頻率同步，在功率測(cè)量同時(shí)進(jìn)行最大達(dá)100次的諧波分析。據(jù)此，能對(duì)低轉(zhuǎn)速的馬達(dá)進(jìn)行諧波分析。

另外，可用矢量表示馬達(dá)的電相角，用X-Y表示馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性。馬達(dá)評(píng)估不可缺少的溫度數(shù)據(jù)也可同時(shí)測(cè)量。因此，1臺(tái)儀器便可測(cè)量變頻器效率、損耗和馬達(dá)能耗。

變頻器設(shè)備的評(píng)估和分析

變頻器設(shè)備的功率測(cè)量方面需要注意的一點(diǎn)，測(cè)量三相馬達(dá)時(shí)發(fā)生接線錯(cuò)誤的情況。由于使用3390可邊看著接線圖的畫面，掌握接線和輸入的狀態(tài)，正確測(cè)量，因此可減少測(cè)量誤差。收集到的數(shù)據(jù)最后都用電腦進(jìn)行管理，而3390最多可連接4臺(tái)同時(shí)進(jìn)行測(cè)量實(shí)現(xiàn)PC測(cè)量(LAN、USB)，適合于自動(dòng)化和多通道測(cè)量。任何人都可簡(jiǎn)單、高精度的對(duì)變頻器的效率和損耗進(jìn)行測(cè)量。

另外，在變頻器馬達(dá)的測(cè)量中有以下一些重要參數(shù)。

·rms值：基波+載波成分的有效值

·mn值：接近基波成分的有效值(MEAN值)

·fnd值：基波真有效值

·thd值：顯示測(cè)量波形的畸變情況

·unb值：顯示各相之間的平衡狀態(tài)

·+pk值：測(cè)量中的波形的正/負(fù)最大值

·dc值：顯示對(duì)馬達(dá)有害的DC成分

·ac值：在rms中除去DC成分的有效值

·f值：各相的頻率

3390可同時(shí)測(cè)量并顯示這些參數(shù)。

此外，3390還具備以X-Y圖表顯示來確認(rèn)變頻器的動(dòng)態(tài)特性的功能，變頻器不可或缺的諧波測(cè)量功能，用FFT評(píng)估影響變頻器的干擾的功能(可達(dá)100kHz)等(圖2)。而且，利用3390的500k采樣/秒的高速采樣率，來顯示電壓/電流波形(圖3)。之前，需要使用數(shù)字示波器和差分探頭、鉗式電流傳感器來觀測(cè)波形，非常麻煩，現(xiàn)在1臺(tái)3390即可實(shí)現(xiàn)。