变频器输出电压存在毛刺,居然是电缆的问题!

问题现象

有客户在使用功率分析仪测量变频器时,观察到变频器电压波形上有毛刺,怀疑测量的准确性。经过与客户沟通和实验,最后得出结论居然是连接导线的问题。下面请看我们的实验。

实际测试

变频器与电机间用1.5m导线连接,变频器调制频率为16kHz,把电压测量点选择在靠近变频器输出端,功率分析仪显示的被测电压波形较为干净,基本无毛刺。

图1 变频器输出端的测试结果
图2 变频器输出端的测试结果放大图

把电压测量点选择在靠近电机侧,波形马上焕然一新,把波形展开可以看到PWM脉冲上产生了尖峰毛刺。

图3 电机输入端的测试结果
图4 电机输入端的测试结果放大图
分析

为何在不同点测量同一个电压波形会有如此大的差别呢?因为电机是一个电感性负载,工作时产生反电动势,实测1.5m的导线电感量为1.4μH,这完全是一个电感!变频器是一个低阻抗的源,输出端的过电压会被内部的直流母线钳位,因此波形稳定毛刺很少。加载到电机的PWM波形边沿很陡高频成分丰富,电机本身有反电动势,当连接导线较长时导线感抗阻碍了变频器吸收过电压,电机输入端的电压产生过冲和振铃,即看到波形有很多毛刺。

这是系统中存在的正常现象,那么测量时应当如何连接才合适呢?当评价变频器输出功率时测量点应当选择在变频器侧,将线损排除在外;当评价电机的转换效率时,测量点选择在电机输入侧,电机输入功率不包括线损。

因此在高精度测量中,除了使用高精度的测量仪器外,还需有正确的测量方法。

图5 PA6000功率分析仪