1.概述
自電機工程誕生以來,三相交流馬達一直是工業(yè)領(lǐng)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(yīng)馬達和磁阻馬達)無需與轉(zhuǎn)子的電氣連接,因此很容易實現(xiàn)阻燃,用于危險環(huán)境(如礦山)。
為了提供適當(dāng)?shù)慕涣黢R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(zhuǎn)磁場,使得轉(zhuǎn)子按照所需的速度旋轉(zhuǎn),且滑動很小,如圖1 所示。這個交流馬達驅(qū)動器可以高效提供從零速到全速的全轉(zhuǎn)矩,如果需要的話,還可以超速,而且通過改變相位旋轉(zhuǎn),可以很容易使馬達雙向運轉(zhuǎn)。具有這些特點的驅(qū)動器稱作脈寬調(diào)制馬達驅(qū)動器。
交流馬達驅(qū)動系統(tǒng)示意圖
脈寬調(diào)制驅(qū)動器可以生成復(fù)雜波形,如在到馬達的輸出上,以及到驅(qū)動器的電源上。本文將分兩部分,探討馬達驅(qū)動器的電氣測量話題。
2. 對脈寬調(diào)制馬達驅(qū)動器的測量
表1 給出了脈寬調(diào)制馬達驅(qū)動器的典型測量。
表1. 常見的脈寬調(diào)制馬達驅(qū)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(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速傳感器
轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速傳感器生成的電信號與轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速成正比。通過測量這些信號,可以確定馬達的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩,從這些測量結(jié)果中可以計算馬達輸出功率。
3.2 轉(zhuǎn)矩
馬達轉(zhuǎn)矩是在其輸出軸上形成的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩額定值低于1 Nm;對于大型馬達而言,其轉(zhuǎn)矩額定值達到幾千Nm。
通過旋轉(zhuǎn)應(yīng)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(zhuǎn)矩。這些傳感器都是溫度敏感型的。旋轉(zhuǎn)傳感器必須安裝在轉(zhuǎn)軸上,由于空間受限,這并非總能行得通。
為測量轉(zhuǎn)矩,應(yīng)變計往往直接安裝在轉(zhuǎn)軸上。由于轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)矩傳感器必須通過滑環(huán)、無線通信或電感耦合與外邊世界耦合。
3.3 轉(zhuǎn)速
馬達轉(zhuǎn)速通常以每分鐘轉(zhuǎn)速(RPM) 來描述,即它在1分鐘內(nèi)沿固定軸旋轉(zhuǎn)的完整圈數(shù)。
為了進行這些測量,PA4000 包括傳感器輸入端,用于連接轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速傳感器。通過測量驅(qū)動器輸入端消耗的電力、以及馬達輸出端的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速,使用一臺儀器就可以測量出系統(tǒng)效率。
4. 驅(qū)動器輸出測量
脈寬調(diào)制驅(qū)動器的輸出波形非常復(fù)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(shù)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(diào)制波形在低頻測量,那么高頻數(shù)據(jù)將丟失。這個難題的出現(xiàn)是因為在低頻對波形進行調(diào)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(shù)倍。