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應用案例 - 電力品質

變頻器輸出電壓量測、變頻器輸出電流量測

你都用錯方法了嗎?如何測試變頻器？一、變頻器簡介變頻器被廣泛使用於各種設備，它通過改變電機的速度來驅動洗衣機、冷氣、大型工業機械設備…。他們扮演幾個主要角色：A、將直流電 (DC) 轉換為交流電 (AC)或是AC轉DC再轉PWMB、改變馬達的轉速C、省電 延伸閱讀：● 變頻馬達的效率評估和損耗評估● 變頻馬達ECU的測量和調整 ● 電動車用變頻器、馬達扭矩及振動測試● 變頻器紅外線熱影像儀分析報告(客製化)二、為什麼需要變頻器測試？變頻器現今已在各種電氣產品、機械設備中扮演著極其重要的角色。此外，變頻器本身由極其精密的電路組成。因此，必須對它們進行徹底測試以驗證其狀況。●延伸閱讀：變頻器的輸出電壓/電流、效率、變頻馬達扭矩、轉速的量測 變頻器沒有在最佳狀態時，產品無法達成其原本設計的功能。因此在完成產品或機器時，製造商會檢查變頻器是否按設計運行。下圖為測量變頻器電源轉換效率的示意圖：三、變頻器定期測試維護的重要性變頻器系統有很多種類型，用於控制設備或泵浦等設備（例如變頻器面板）出現故障，再進行故障排除，常造成產線停產的損失。因此定期測試是必要的，可提前發現即將發生的故障跡象。四、以下將介紹變頻器的絕緣電阻測試絕緣電阻測試用於檢查電線絕緣是否劣化。此類測試不僅在發生故障後進行，也應『定期』進行檢測，以在故障發生前提前發現問題，並在造成產線停止前或火災發生前預先進行修理或更換。測試時，通常會施加 250V/500 V或1000V的測試電壓於『端子』和『接地』之間，並檢查測量值以確保其『至少』為 5 MΩ。(如變頻器製造商另有規定的絕緣值，需依該規定為準)進行測量時，請務必遵守變頻器製造商指定的檢查位置和施加電壓。●延伸閱讀：HIOKI IR4056-20絕緣電阻計介紹五、以下將介紹變頻器的電壓/電流測量： 1、變頻器一次側電壓和電流測量量測變頻器一次側的電壓和電流時，由於變頻器一次側經常會伴隨著諧波等波形失真的情形(如下圖所示)，要量測這種非正弦波的電壓及電流時，需要使用『真有效值三用電表 』和『真有效值交流勾表』 才會準確。上圖顯示在量測『非正弦波』電流時，『真有效值勾表(True rms method)』與『非真有效值勾表(Average method)』的電流差異，諧波愈嚴重時，兩者差距愈大。 2、變頻器二次側電壓和電流測量變頻器的二次側絕大部份採用PWM控制，此時需留意的是要量測二次側的電壓時，通常只需要量測『基本波』的成份。此時的三用電表除了需是『真有效值三用電表』之外，還需要具有『濾除諧波成分』(low pass filter功能)的功能，才能正確的量測。另外，量測電流時，您則需要一台『真有效值的交直流勾表 』。 下圖顯示真有效值三用電表『開啟』low pass filter功能與『關閉』low pass filter功能量測電壓時的差異：參考網站： https://www.hioki.com/global/learning/common-devices/inverter-test.html 延伸閱讀： ● 變頻馬達的效率評估和損耗評估 ● 變頻馬達ECU的測量和調整● 電動車用變頻器、馬達扭矩及振動測試 ● 變頻器紅外線熱影像儀分析報告(客製化)

電流量測：直接入力與勾式入力差異

電力電子領域中高精度測量 功率時所需的電流測量技術1 前言在電力電子的領域中，我們對功率調節器的功率轉換效率測量、變頻器・馬達的效率測量、線圈的損耗測量等等，在各種各樣的情況下都需要用到高精度(電流和電壓)的測量。在本稿中，我們把焦點放在電流測量的技術討論上。我司使用獨自的研發技術，開發電流感測器以及功率計(功率分析儀)已經有一定的歷史了。在這裡，我們將介紹我司的一部份技術內容。2 關於電流的測量方式使用功率分析儀來進行電流測量時，一般是使用直接接線方式。(Fig.2.1(a))和電流感測器方式(Fig.2.1(b))。以下，我們將闡述其各自的特徵。2.1 直接接線方式直接接線方式，是把被測對象的引線直接接到功率分析儀上後，直接測量電流的方式。這個方式的測量原理較為簡單，好處還有使用功率計自身就能進行電流測量。所以這種方法自古以來都在被大家所使用。但是，把電流的接線引出，接到功率分析儀的電流輸入部位也就等同於把功率分析儀接到了被測對象的電路中。因此，也有以下的不利之處。i) 測量時，被測對象的狀態和實際工作狀態存在差異。ii) 因為引線而造成的接線的電阻，會增加損耗。iii) 接線間以及接線-GND之間會產生線間電容耦合，增加高頻的洩漏電流。比如，上述ii)我們舉個例子，使用 AWG6的線材，引出 5m 的線的話，那麼線電阻就是 6.5mΩ。假設被測對象的電流是 30A 的話，因接線電阻而造成的損耗，就是 5.85W。雖然光用 5.85W 這個數值，並沒有辦法判斷是大還是小，但是對被測對象的功率值來說，這個損耗是無法忽視的。另外，直接接線方式一般都是使用分流電阻來檢測電流的。這個使用分流電阻的檢測方式，也是存在缺點的。i） 在分流電阻中流過電流的話，會發生與電流的平方成正比的焦耳的熱量。這個熱量不但會對儀器造成損耗，還會因自身的發熱導致分流電阻自身的電阻值發生變化。會讓精度變差。ii) 為了抑制發生熱量，也能使用電阻值較小的分流電阻。但是，阻值較小的分流電阻無法忽視掉一些微弱的感應成分，會讓頻率特性變差。iii) 這些都是在測量電流、功率時讓精度變差的主要因素，在測量大電流時，需要特別注意。Fig2.2中表示的是，在2mΩ的分流電阻上流過 20A電流時自我發熱的情況。為了做比對，我們在接線上還放入了我司額定50A的電流感測器 CT6862。可以看到，分流電阻因為自我放熱，溫度上升到了50°C 左右。而電流感測器上幾乎看不到有自我發熱的現象。那麼就可以知道，使用電流感測器時對測量設備的損耗以及因自身的溫度特性而導致的對測量精度的影響，都是很微弱的。從以上來看，直接接線方式在測量待機功率，或者測量 LED 照明的功耗這種，不太會受到分流電阻發熱影響的微弱電流（～1A 左右）時，是非常有效的。2.2 電流感測器方式電流感測器方式，是要把電流感測器接在被測對象的接線上，把感測器的輸出訊號（電流或電壓）輸入到功率分析儀中的測量方法。使用電流感測器方式的話，測量對象的狀態就和實際工作中的狀態一樣，並且測量大電流時，自身的發熱也很微弱，不會影響測量精度。我們大致把 5A 作為分界線，想要高精度測量比它還大的電流時，比起直接接線方式使用電流感測器更為合適，在電力電子領域中一般也都是使用電流感測器方式的。Fig.2.3 直接接線方式和電流感測器方式的高精度可測電流值的範圍和頻率帶寬。（即使在圖中範圍以外的地方，也並不是說就一定不能測量了，這點還需要注意。）

高精度、高帶寬、高穩定性的電流感測器測量技術

1 前言當今，在功率調節器和變頻器等功率轉換系統所代表的電力電子領域中，大家對電流都有著高精度、高帶寬的測量需求。我司自從1971年發售了勾式測試儀CT-300（Fig.1）以後，一直以來根據不同的測量用途，提供著各種各樣的電流感測器（Fig.2）。在本稿中，我們將聚焦高精度、高帶寬的電流測量需求，對我司的電流感測器的特長以及電流測量的要點做一個記述。2 關於電流感測器的檢測方式電流感測器的檢測方式雖然涉及到多方多面，但大多數的方式，都是由被測導體中流過的電流在磁力鐵芯中產生磁通量，然後插入勾表空隙時，透過磁電轉換元件或者在磁力鐵芯上纏繞的線圈來進行檢測的。