万用示波表在变频器分析测量中的应用

概述
 
　　智能变频器作为一种调速装置以其多用途、高可靠性和高数节能而广泛地用于各种马达控制上，如冶金、造纸、电子产品装配等生产线。在生产当中变频器一旦发生故障；尤其是出现板级故障的，单凭经验有时很难作出正确判断，这时候有必要借助高性能的测试仪器进行故障分析。Fluke192B便携式万用示波器集示波器、万用表、无纸记录仪于一体，并且具有60MHz的带宽，是现代电力电子装置的较为理想的测试和维护工具。
 
通用变频器工作原理
 
　　通用变频器采用工频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  数控通用变频器—异步电机调速系统
 
　　现代脉宽调制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（见图2）。
 
变频器的波形分析测量 
 

图2  PWM变频器的脉冲发生器
 
　　万用示波表可用于检测分析变频器逆变（UI）部分的栅极PWM驱动信号，以及输出电压波形。以下以芬兰VACON公司CX系列变频器作为参考。
 
　　1）首先将专用的栅极适配器（GS1）连接至示波器的输入通道。再将GS1的3个栅极接头（X9，X11，X13）连接至功率板对应的栅极插槽上。
 
　　2）用直流电源给待测功率板和控制板供电，连接示波器至测试点,通过Flukeview4.2监视软件观察U、V、W三相的SPWM波。当DC供电线的电压达到额定值时，IGBT晶闸管的三相上下半桥的栅极电压应为-12V左右，以使IGBT截止，图3。 
 

图3  IGBT的栅极波形
 
　　3）然后运行在0Hz，观察每相上下半桥的SPWM波的调制频率是否正常（对于不同的功率板此频率不同，此板显示为733.7Hz），图4。 
 

图4  调制频率波形
 

　　4）调节400V交流电源至给定频率50Hz,观察PWM 输出电压波形，图5。从该波形可以看出纹波比较小输出比较稳定。 
 

图5  PWM输出电压波形
 

　　5）最后，利用Flukeview4.2提供的测试报告宏模板自动生成一份极具价值的测试分析报告。
 

结语
 
　　以上波形全部是在Fluke独特的‘即触即测’自动触发模式下测试的，方便快捷。另外可用该示波器的万用表对变频器的整流桥二极管和逆变桥IGBT进行精确电压测量，限于篇幅在此不再赘述。
 

参考文献：
 
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。