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深度好文!脉宽调制马达驱动器的电气测量解决方案


  来源: 电子发烧友网 时间:2020-01-19 编辑:清风
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1.概述


自电机工程诞生以来,三相交流马达一直是工业领域的主力。它们可靠、高效、费效比高,需要少量维修或根本不需要维修。此外,交流马达(如感应马达和磁阻马达)无需与转子的电气连接,因此很容易实现阻燃,用于危险环境(如矿山)。


为了提供适当的交流马达速度控制,必须为马达提供三相电源,其电压和频率可以变化。这种电源将在定子中形成一个变速旋转磁场,使得转子按照所需的速度旋转,且滑动很小,如图1 所示。这个交流马达驱动器可以高效提供从零速到全速的全转矩,如果需要的话,还可以超速,而且通过改变相位旋转,可以很容易使马达双向运转。具有这些特点的驱动器称作脉宽调制马达驱动器。



交流马达驱动系统示意图


脉宽调制驱动器可以生成复杂波形,如在到马达的输出上,以及到驱动器的电源上。本文将分两部分,探讨马达驱动器的电气测量话题。


2. 对脉宽调制马达驱动器的测量


表1 给出了脉宽调制马达驱动器的典型测量。



表1. 常见的脉宽调制马达驱动器测量


3. 马达输出测量


图1 说明,通过在马达输出轴安装转速和转矩传感器,可以对马达输出进行测量。



图1. 马达输出测量


3.1 转矩和转速传感器


转矩和转速传感器生成的电信号与转矩和转速成正比。通过测量这些信号,可以确定马达的转速和转矩,从这些测量结果中可以计算马达输出功率。


3.2 转矩


马达转矩是在其输出轴上形成的旋转力,它是一个扭力,其单位是牛顿米(Nm) 或英尺磅(1 英尺磅 =1.3558 Nm)。对于小型马达而言,其转矩额定值低于1 Nm;对于大型马达而言,其转矩额定值达到几千Nm。


通过旋转应变计以及利用固定接近、磁致伸缩和磁弹性传感器,可以测量转矩。这些传感器都是温度敏感型的。旋转传感器必须安装在转轴上,由于空间受限,这并非总能行得通。


为测量转矩,应变计往往直接安装在转轴上。由于转轴旋转,转矩传感器必须通过滑环、无线通信或电感耦合与外边世界耦合。


3.3 转速


马达转速通常以每分钟转速(RPM) 来描述,即它在1分钟内沿固定轴旋转的完整圈数。



为了进行这些测量,PA4000 包括传感器输入端,用于连接转矩和转速传感器。通过测量驱动器输入端消耗的电力、以及马达输出端的转矩和转速,使用一台仪器就可以测量出系统效率。


4. 驱动器输出测量


脉宽调制驱动器的输出波形非常复杂,由一系列高频分量( 因载波) 和低频分量( 因基波) 组合而成。


对大多数功率分析仪来说,这带来的问题是:如果在高频测量,那么波形中的低频信息将丢失;如果滤除脉宽调制波形在低频测量,那么高频数据将丢失。这个难题的出现是因为在低频对波形进行调制。因此,高频测量( 如总电压有效值、总功率等) 必须在高频处进行,但必须超出输出波形低频分量的整数倍。


关键词:马达驱动器 电气测量 解决方案    浏览量:380

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