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1. 課題

逆變器的輸出功率包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)的基波頻率分量及其諧波(藍(lán)色部分)和逆變器的開(kāi)關(guān)頻率及其諧波(紅色部分)。基波及其諧波分量處于幾千Hz的低頻段，因此可以用傳統(tǒng)的功率分析儀和電流傳感器進(jìn)行相對(duì)準(zhǔn)確的測(cè)量。

然而，開(kāi)關(guān)頻率及其諧波分量處于幾十 kHz至幾MHz的高頻段且功率因數(shù)較低，因此需要不僅能準(zhǔn)確測(cè)量寬帶寬還能準(zhǔn)確測(cè)量相位的高精度功率分析儀及電流傳感器。如果無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量由開(kāi)關(guān)頻率及其諧波分量組成的高頻功率，就會(huì)導(dǎo)致測(cè)量值波動(dòng)、效率超過(guò)100%、損耗大幅偏離理論值等問(wèn)題。

■ 高頻測(cè)量要點(diǎn)

電機(jī)的等效電路：電機(jī)的等效電路由電阻和電感組成。在高頻下(幾十kHz以上)，電感元件產(chǎn)生的阻抗占主導(dǎo)地位，導(dǎo)致功率因數(shù)較低。因此，需要一種能準(zhǔn)確測(cè)量逆變器載波頻率的寬帶寬測(cè)量?jī)x器。

低功率因數(shù)測(cè)量的特點(diǎn)：在低功率因數(shù)測(cè)量中，電壓-電流相位差接近90°，相位的微小偏差會(huì)導(dǎo)致較大的測(cè)量誤差。如果使用相位誤差較大的測(cè)量?jī)x器，相位可能會(huì)超過(guò)90°，從而對(duì)功率誤差產(chǎn)生重大影響。

2. 比較逆變器輸出功率測(cè)量值

功率分析儀的主體采用了高端型號(hào)PW8001，比較了使用具有出色相位特性的電流傳感器CT6904A 和A公司電流輸出型電流傳感器(額定電流1000A，帶寬～300kHz)測(cè)量的結(jié)果。包括接線(xiàn)在內(nèi)的測(cè)量條件完全相同。那么相位特性的差異會(huì)對(duì)高頻功率的測(cè)量造成何種影響呢？

■ 由于電流傳感器的特性不同而導(dǎo)致的有功功率測(cè)量圖像差異

逆變器輸出的有功功率的頻率分布分為基波及其諧波分量和開(kāi)關(guān)頻率及其諧波分量。包括基波在內(nèi)的所有有功功率都會(huì)作為能量被電機(jī)消耗，因此理想情況下，測(cè)量結(jié)果會(huì)在分析屏幕上顯示為正向分量。然而，在20kHz以上的高頻區(qū)域，由于功率因數(shù)較低，如果使用相位特性不佳的電流傳感器，可能會(huì)導(dǎo)致本應(yīng)作為正向分量出現(xiàn)的有功功率以反向分量的形式出現(xiàn)，從而影響測(cè)量結(jié)果。

■利用功率譜分析 (PSA) 實(shí)現(xiàn)功率損耗的可視化

■ 測(cè)定比較結(jié)果

將開(kāi)關(guān)頻率提升至100kHz之后，有功功率相差大約190w(約10%)。通過(guò)PSA功能進(jìn)行分析后可知，A社的傳感器大約在200kHz~(開(kāi)關(guān)頻率的2倍)的高頻帶寬中確認(rèn)到負(fù)功率，未能進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。

■ 逆變器輸出的有功功率誤差比較

HIOKI日置提供的解決方案

除了保證功率分析儀和電流傳感器單獨(dú)進(jìn)行寬帶寬測(cè)量時(shí)具有足夠的性能外，組合條件下的相位誤差也有規(guī)定范圍。此外，PW8001還具備自動(dòng)相位補(bǔ)償功能，可提供大范圍相位補(bǔ)償，為低功率因數(shù)下的高精度測(cè)量提供有力支持。HIOKI日置的功率分析儀和電流傳感器非常適合用于測(cè)SiC/GaN的高效逆變器及配套使用的高效電機(jī)的效率和損耗。