变频器的试验与测试
交流变频调速是集电力电子、自动控制、微电子学和电机学等技术之精华的一项高新技术，
自问世以来倍受瞩目。它以优异的调速性能、显著的节电效果和广泛的适用性而被国内外公 认为世界上最理想的电气传动方案。
技术的发展
生产技术的不断发展，直流拖动的薄弱环节逐步显露出来。由于换向器的存在，直流电 机的维护量加大，单机容量等都受到限制。人们开始转向结构简单、维护方便的异步电动机。
但异步电动机的调速性能难以满足生产的需要。20 世纪60年代以后，电力电子技术、控制 技术和微电子技术的飞速发展，使得交流调速性能可以与直流调速媲美。目前，交流调速已 进入逐步代替直流调速的时代。
变频调速的控制方式经历了脉宽调制变压变频(PWM —VVVF)、转差频率控制、矢量控制、
直接转矩控制等技术的发展历程，在控制精度、控制算法的复杂度、通用性等方面得到很大 提高。
最新的技术是矩阵式交-交变频，省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的 电解电容。它能实现功率因数为 1，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。
变频器的试验要求
目前，已制订了 6项电气传动调速系统的国家及行业标准：GB/T3886.1-2002、
JB/T10251-2001、GB/T12668.1-2003、GB/T12668.2-2003、GB/12668.3-2004、GB/T12668.4。
此外，GB/12668.5、GB/12668.6 正在进行最后阶段的审批。
变频器的试验类型包括型式试验、出厂试验、抽样试验、选择试验、车间试验、验收试
验、现场调试试验、目击试验等。
电气试验方面主要是测量变频器的输入、输出值，包括：
1） 输入值：额定输入电压、额定输入电流、额定容量、有功功率、功率因数、输入各 次谐波、输入总失真度。
2） 输出值：最大额定输出电压、额定连续电流、额定功率、频率范围、过载能力（过 载能力适用于额定的转速范围）、输出各次谐波、输出总失真度。
3）效率： 在设计的频率范围内，各个频率下的效率。
变频器的测量与仪器
1、测量仪器仪表简介
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在测量非正弦电流的波形时，应注意波形系数。典型的仪表精度是 1.0 级。
3) 热电式仪表 ：
温升与测量电流产生的热量成正比，温升被热电偶转换为直流电动力，其电流有效值由 直流毫伏表指示。
4) 电动式仪表 ：
电流指示值具有均匀的刻度，其指针偏转角度等于两个线圈间的力，它的驱动转矩 (Im×IF×dT／dq）电流 IF是与负载串联的固定线圈内的电流 Im 正比于动圈中的电压。典 型精度为 0.5 级。
5) 谐波分析仪：
目前最常用的变频器主电路一般为交-直-交组成。在整流回路中接有大电容，输入电流 的波形不是正弦波；在逆变输出回路中输出电压信号是受 PWM 载波信号调制的脉冲波形。
其他类型的变频器与此类似，输入、输出都不是标准的正弦波，有较多的高次谐波含量，因 此，在测量仪器的选择上与传统的测量有所不同。
目前，特别适于变频器测量的仪器是谐波分析仪，主要有日本横河（YOKOGAWA）的 WT 系列谐波分析仪，如 WT1600、WT3000 等。这类产品不仅可以测量基本的电参数，并且针对 变频器做了一些特殊设计：如测量模块比较多，可以同时测量输入、输出参数，进行谐波分 析，测量真功率因数；带宽比较宽，可以从 DC 到 1MHz，精度一般可以达到0.15 级或0.02 级；显示方便，可以显示数值、波形、谐波柱状图等；可以测量变频器驱动的电机的机械输 出，如电机转速、扭矩等，这样可以更方便的测量变频器的驱动能力及驱动效果。可以说，
一台 WT谐波分析仪可以替代一堆传统仪表，确保测试的高效和准确。
2、变频器测试
对变频器进行测试的电路如图 1所示，这是一个完整的变频器测试方案，包括三相电源 输入、三相输出、驱动电机的机械输出（转速、扭矩）等。如果被测的变频器功率较大，输 入、输出电流超过了仪器的量程，就需要在电流的测量回路里接入 CT（电流互感器），把 被测电流转变成仪器的测量量程内。
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测试电路里的谐波分析仪是横河公司的 WT1600 数字功率计。该仪器有6个模块，可以 同时输入 6路电压、6路电流；同时有电机测试模块，可以测量电机的转速、扭矩等。一台 WT1600 不仅可以测量变频器的输入、输出参数，还可以测量电机的扭矩、转速、滑差、机 械输出功率，以及电机效率变频器效率等。
1）输入侧的测量
变频器输入电源是 50Hz 交流电源，但是由于变频器的输入侧是整流电路，电流的波形 一般不是标准的正弦波。典型的输入波形如图 2。
传统的有功功率的计算公式为：
P＝ Urms × Irms × cosφ
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有功功率计算公式为：
式中：
u(t):时刻“t”的电压瞬时值；i(t)：时刻“t”的电流瞬时值；Δt:采样时间间隔；N ： 总采样样本数。
这样，不需要测量电压电流夹角，就可以计算出有功功率。
相应的，功率因数 PF＝P/S＝P/(Urms*Irms) 式中：
S：视在功率
同时，谐波分析仪测量波形进行谐波分析，计算出电压畸变率、电流畸变率等，然后对 系统进行综合分析判断。
电压总的畸变率 Uthd：
式中：
U（1）：基波电压；U（k）：k 次谐波电压；max：最大谐波次数 电流的总畸变率 Ithd：
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式中：
1）：基波电流；I（k）：k 次谐波电流；max：最大谐波次数 2） 输出侧的测量
变频器的输出波形见图 4，是频率可变的信号，含有较多的高次谐波。而电动机转矩主
要依赖于基波电压有效值，因此，需要测量的电压值或者说一般变频器的额定电压值是指基 波有效值。对PWM 类型的变频器来说，PWM 电压的整流平均值正比于其输出电压基波有效值。
如日本电机学会(JEMA)规定：使用平均整流方法计算有效值，因为该值更合适地反映了驱动 电机的输出转矩。
横河 WT1600 等 WT系列谐波分析仪，可以同时测量有效值、整流平均值等数值，用户可 以根据需要进行方便的选择。
变频器的效率为：
式中：
h：变频器效率ΣPout：变频器输出有功功率；ΣPin：变频器输入有功功率。
WT1600 还可以测量电机的机械输出，可测量电机的速度和扭矩传感器的输出，然后计 算扭矩、旋转速度、机械功率、同步速度、滑差等，实现在一台仪器上测量电机效率与总效 率。
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据进行对比。产品与测量手段是相辅相成并互相促进的，二者会随着技术的发展不断推陈出 新。
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