利用MDA 8000HD电机驱动分析仪分析交流感应电机

前言

以下测量示例展示了使用力科MDA 8000HD电机驱动分析仪来测试480 V，三相，1.5马力的交流感应电机驱动器，示例包括在空载和负载条件下短时间的驱动输入和输出性能和效率的测量，以及从空载启动到稳态负载过程中驱动的动态分析，最后展示了MDA 8000HD如何利用其长存储来充分理解电机驱动器的性能特征。

空载时输入输出性能分析

首先，图1显示了驱动器输入和输出信号波形。

图1：采集的交流感应电机驱动输入和输出波形

屏幕左上方的四个波形是电机驱动器的交流输入（采用两瓦特法），左下方的设置概述显示输入配置为三相三线制，2V2A，通道1和2（分别为黄色和粉红色）分别为输入电压，而通道5和6（分别为白色和紫色）为输入电流。

右上方显示的是电机驱动器输出波形，在左下方的设置选择使用两瓦特法，因此，MDA 8000HD的八个模拟输入通道可以查看三相系统的输入和输出。

图2的平均值数值表的特写

在此示例中，采集时间相对较短，如右下方的时基描述符所示，采集时间为500 ms，包含2.5 M点，粗略来看，它似乎是一个稳定的负载，在波形下方，是平均值的数值表（见上图2）， 输入电压为480 V，输出电压为120 V，由于驱动器在无负载的情况下以低速运行，所以电压较小，利用采集的电流，我们可以计算有功功率、视在功率和无功功率、功率因数、相位角和效率，效率非常低，这符合驱动器无负载时的预期。

绘制效率vs.时间曲线

MDA 8000HD强大分析功能的其中一项就是能够描绘测量结果随时间的变化曲线，并与原始采集数据在时间上相关联，以这种方式，我们可以轻松发现数据中的动态变化，并将其与其他信号相关联，在图3中，左上方是交流输入信号，在右上方，请注意“效率”选项卡的选择，以及显示的从通道1计算出的同步信号，这些同步信号表示测量各种功率值的周期，对交流输入和驱动输出，周期是不同的，如图3所示，两个不同的的网格显示了交流输入同步信号（中间右）和驱动器输出同步信号（右下）的功率计算周期，查看同步信号可以验证输入和输出的功率计算周期。

图3：右上方显示每周期效率值vs时间波形

点击平均值数值表中的红色阴影框（图3底部），可打开每周期效率随时间变化的波形（图3右上方），垂直轴是效率，水平轴是时间，该图上的时间与通道1电压波形中的时间是同步关联的。

该图显示为阶梯状波形，因为它反映了两个同步信号不同的功率计算周期。 每周期效率值相对时间的曲线来自两个测量值之间的比例，该曲线证明通过波形中的步长的不同宽度可以看出周期的差异，使用光标，我们可以测量效率峰谷之间的变化。 在图3的例子中，右下角的黄色描述框告诉我们，效率峰值达到36.3％，最小至32.3％，因此，几乎稳定状态的信号在效率上会表现出一些变化。

充分利用功率的完整统计与简单平均值

图4：单击平均效率值将打开一个完整的统计表

与仅执行静态平均测量的传统功率分析仪不同，MDA 8000HD还提供了测量和效率值的全面统计分析（图4），根据统计，我们注意到，MDA根据28个交流输入周期和22个驱动器输出周期对显示的每周期波形进行了50次效率计算，请注意，数值表中的平均效率值与完整统计表中的平均效率值完全匹配。

负载恒定时的输入输出性能分析

正如我们所观察到的，在无负载条件下，交流感应电动机的效率相当差，然而，同一驱动器在有负载下的行为将会有些不同。

图5：恒定负载下交流感应电机驱动的输入输出波形

驱动器现在消耗大量电流（图5），相位角、功率因数和效率都有所改善，后者从36％上升到73％，由于采集时间很短，这仍然是一个恒定的负载、速度和扭矩下的静态测试。

从空载启动到稳态负载的输入输出动态性能分析

上述两个测试场景--无负载和稳态负载，本质上都是静态的，由于MDA 8000HD具有很长的存储深度，MDA 8000HD在动态性能分析方面功能强大。

图6：缩放波形提供了更大的异常波形可见度

如图6所示，10秒的采集时间，最左侧是交流输入的完整10秒采集波形，左侧中心是完整采集波形中突出显示区域的20倍放大，右侧的两列是驱动器输出波形，依次是右中心的完全采集波形和最右侧的放大波形。

输出波形，特别是放大的波形，显示了驱动器的启动，输出端没有电压，第一个1s时间段内显示了一个非常慢的启动，这被称为“逆变器不启动”，放大有助于发现这种波形异常。

我们可以突出显示完整采集波形的任何部分，以便在缩放波形中显示：开始、结束或中间，不仅如此，缩放比例可以是5X而不是20X，这样做可能有助于观察电机开始旋转时频率的增加，在频率上升的时期，我们也可以观察电机驱动的电流消耗。

当驱动器达到满负载和全速时，缩放会显示采集的后一部分（图7），在这里，将缩放比例进一步缩小到50倍，或者显示相关波形细节所需的任何级别。

图7：移动/展开/缩放波形以显示所需的细节

MDA 8000HD中存在的Zoom Gate功能进一步增强了这一能力，Zoom Gate将给定的缩放倍率和位置与数字表计算的“门控”相结合，启用Zoom Gate功能后，平均值数字表将仅包括完整采集中缩放部分的计算（图8）。

图8：Zoom Gate将平均值的计算限定于缩放区域

Zoom Gate可让你隔离完整采集中感兴趣的部分，以更全面地了解该部分中发生的情况，而不会使计算受到不感兴趣的区域的干扰。

与静态分析一样，点击“平均值数值表”中的任意项都可生成每周期值相对时间变化的曲线，图9显示了点击平均效率值的结果，右上角的图展示了启动后的效率上升，跌落，然后随着电机速度而不断增加，效率下降可能是由于总线电容器充电的影响，一旦充电完成，效率会随着负载以近似线性的状态上升。

图9: 效率vs时间的每周期波形图显示了驱动器的行为

还可以以这种验证很多其他参数，在右下角，图9显示了驱动器输入和输出的RMS电压、电流和功率的每周期值相对时间的变化曲线，利用这些曲线，MDA 8000HD的动态分析功能可以展示传统功率分析仪不能提供的驱动器性能的动态变化的细节。

值得注意的是，MDA 8000HD的内置PC支持UHD扩展桌面，可以在需要时在更大的显示器上查看所有信息，MDA 8000HD的Q-Scape模式提供4倍的观察区域，以便在同时查看多个波形时增强对细节的理解。

总结

与传统的功率分析仪或四通道8位示波器相比，MDA 8000HD电机驱动分析仪可以更好地研究交流感应电机驱动器的性能属性，上述所有动态分析功能根本无法用功率分析仪或示波器实现，传统的功率分析仪为静态分析提供了“黄金标准”精度，但无法完成MDA 8000HD实现的动态分析，也不能使用同步信号来确认功率计算精度。