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      深度好文!脈寬調制馬達驅動器的電氣測量解決方案


        來源: 電子發燒友網 時間:2020-01-19 編輯:清風
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      1.概述


      自電機工程誕生以來,三相交流馬達一直是工業領域的主力。它們可靠、高效、費效比高,需要少量維修或根本不需要維修。此外,交流馬達(如感應馬達和磁阻馬達)無需與轉子的電氣連接,因此很容易實現阻燃,用于危險環境(如礦山)。


      為了提供適當的交流馬達速度控制,必須為馬達提供三相電源,其電壓和頻率可以變化。這種電源將在定子中形成一個變速旋轉磁場,使得轉子按照所需的速度旋轉,且滑動很小,如圖1 所示。這個交流馬達驅動器可以高效提供從零速到全速的全轉矩,如果需要的話,還可以超速,而且通過改變相位旋轉,可以很容易使馬達雙向運轉。具有這些特點的驅動器稱作脈寬調制馬達驅動器。



      交流馬達驅動系統示意圖


      脈寬調制驅動器可以生成復雜波形,如在到馬達的輸出上,以及到驅動器的電源上。本文將分兩部分,探討馬達驅動器的電氣測量話題。


      2. 對脈寬調制馬達驅動器的測量


      表1 給出了脈寬調制馬達驅動器的典型測量。



      表1. 常見的脈寬調制馬達驅動器測量


      3. 馬達輸出測量


      圖1 說明,通過在馬達輸出軸安裝轉速和轉矩傳感器,可以對馬達輸出進行測量。



      圖1. 馬達輸出測量


      3.1 轉矩和轉速傳感器


      轉矩和轉速傳感器生成的電信號與轉矩和轉速成正比。通過測量這些信號,可以確定馬達的轉速和轉矩,從這些測量結果中可以計算馬達輸出功率。


      3.2 轉矩


      馬達轉矩是在其輸出軸上形成的旋轉力,它是一個扭力,其單位是牛頓米(Nm) 或英尺磅(1 英尺磅 =1.3558 Nm)。對于小型馬達而言,其轉矩額定值低于1 Nm;對于大型馬達而言,其轉矩額定值達到幾千Nm。


      通過旋轉應變計以及利用固定接近、磁致伸縮和磁彈性傳感器,可以測量轉矩。這些傳感器都是溫度敏感型的。旋轉傳感器必須安裝在轉軸上,由于空間受限,這并非總能行得通。


      為測量轉矩,應變計往往直接安裝在轉軸上。由于轉軸旋轉,轉矩傳感器必須通過滑環、無線通信或電感耦合與外邊世界耦合。


      3.3 轉速


      馬達轉速通常以每分鐘轉速(RPM) 來描述,即它在1分鐘內沿固定軸旋轉的完整圈數。



      為了進行這些測量,PA4000 包括傳感器輸入端,用于連接轉矩和轉速傳感器。通過測量驅動器輸入端消耗的電力、以及馬達輸出端的轉矩和轉速,使用一臺儀器就可以測量出系統效率。


      4. 驅動器輸出測量


      脈寬調制驅動器的輸出波形非常復雜,由一系列高頻分量( 因載波) 和低頻分量( 因基波) 組合而成。


      對大多數功率分析儀來說,這帶來的問題是:如果在高頻測量,那么波形中的低頻信息將丟失;如果濾除脈寬調制波形在低頻測量,那么高頻數據將丟失。這個難題的出現是因為在低頻對波形進行調制。因此,高頻測量( 如總電壓有效值、總功率等) 必須在高頻處進行,但必須超出輸出波形低頻分量的整數倍。


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