HIOKI最新功率分析儀3390 提高新能源/節能設備效率

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

在高度地球環(huán)境保護、防止溫室效應減少二氧化碳的時(shí)機中，功率測量相關(guān)需求和愿望非常強烈。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(cháng)。節能設備中，冷暖空調設備和工廠(chǎng)產(chǎn)線(xiàn)用的變頻器馬達、空調、冰箱、洗衣機方面，也針對節能和高效實(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。同時(shí)，三相馬達和變頻器的高效化成為當務(wù)之急。

功率測量的多樣化和測量范圍的擴大

在強化新能源相關(guān)系統的開(kāi)發(fā)和設備的節能化的進(jìn)程中，針對功率測量方面的要求涉及許多方面。圖1是變頻器馬達測量的典型例子，而且最近的動(dòng)向和測量需求的主要方面，可列舉出以下事項。

希望非接觸、高精度的測量功率(變頻器的輸入和輸出同時(shí)測量)

希望1臺功率計能測量諧波畸變率和變頻器干擾等的測量參數

增加DC-AC轉換(PWM變頻器)的應用

提高扭矩控制變頻器的性能

變頻器、馬達、電力調節器的高效化

將測量范圍從研發(fā)擴大至設定現場(chǎng)

圖1 變頻器馬達的典型測試例

針對這些需求，日置電機提供3390和電流傳感器。例如：針對①來(lái)說(shuō)，鉗式電流傳感器9709可測量微小電流至500A的大電流;針對②開(kāi)發(fā)了具備波形分析、功率測量、諧波分析、FFT分析功能的功率計。同時(shí)，對于測量參數的要求，可瞬時(shí)顯示馬達、變頻器評估數據。對于③，可實(shí)現從DC(直流)到變頻器帶寬(0.5Hz~150kHz)的寬帶寬測量。關(guān)于④，可進(jìn)行馬達電相角測量和功率參數的同時(shí)測量。針對⑤，1%以下的精度和重復精度，可實(shí)現功率轉換效率測量的高精度。對于⑥來(lái)說(shuō)，可攜帶的小型設計，可滿(mǎn)足高精度測量和簡(jiǎn)單測量的各種測量要求。

EV用最新馬達的評估和分析

為了測量馬達/變頻器的效率，首先需要同時(shí)高精度的測量變頻器的輸入和輸出功率后計算效率。此時(shí)，可測量高電壓/大電流的以及增強了絕緣功能、擴大頻率特性的功率計顯得尤為重要。電壓測量方面對于A(yíng)C1000輸入的呼聲越來(lái)越高。電流測量方面，有可測量從微小電流到500A的大電流的鉗式電流傳感器。之前所謂的高精度功率計，僅僅是在分流器輸入方面實(shí)現了而已，如果要滿(mǎn)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，達到高精度的功率測量。9709實(shí)現了超過(guò)分流器輸入的最高精度+0.16%，可用于變頻器馬達測量中所必須的DC，0.5Hz～150kHz的寬帶寬測量。

進(jìn)行馬達分析時(shí)，測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、準確的測出馬達的同步信號?？赏ㄟ^(guò)使A相和Z相同步后，對馬達的輸入電壓/電流做諧波分析，從而測量電相角。

另外，3390可對馬達的同步頻率0.5Hz和諧波進(jìn)行分析。和0.5Hz～5kHz的基波頻率同步，在功率測量同時(shí)進(jìn)行最大達100次的諧波分析。據此，能對低轉速的馬達進(jìn)行諧波分析。

另外，可用矢量表示馬達的電相角，用X-Y表示馬達的運轉特性。馬達評估不可缺少的溫度數據也可同時(shí)測量。因此，1臺儀器便可測量變頻器效率、損耗和馬達能耗。

變頻器設備的評估和分析

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

另外，在變頻器馬達的測量中有以下一些重要參數。

·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：測量中的波形的正/負最大值

·dc值：顯示對馬達有害的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)測量并顯示這些參數。

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