HIOKI最新功率分析儀3390 提高新能源/節能設備效率

從地球環境保護的角度出發，和功率測量相關的需求及期待越來越大。太陽能發電和電動車(EV)的推廣、以及智慧型電網的構想等措施都將促進功率計的性能和功能的發展。本文特別將EV用馬達和變頻器的功率測量為例，通過日置電機針對支持高效控制系統的研發而開發的“功率分析儀3390”，來介紹近期功率計相關的動向和測量需求。

在高度地球環境保護、防止溫室效應減少二氧化碳的時機中，功率測量相關需求和愿望非常強烈。在新能源中，太陽能發電、風力、生物、原子能發電、燃料電池的需求增長。節能設備中，冷暖空調設備和工廠產線用的變頻器馬達、空調、冰箱、洗衣機方面，也針對節能和高效實施了一些改善工作。另外，EV和電池相關的需求也成上漲趨勢。同時，三相馬達和變頻器的高效化成為當務之急。

功率測量的多樣化和測量范圍的擴大

在強化新能源相關系統的開發和設備的節能化的進程中，針對功率測量方面的要求涉及許多方面。圖1是變頻器馬達測量的典型例子，而且最近的動向和測量需求的主要方面，可列舉出以下事項。

希望非接觸、高精度的測量功率(變頻器的輸入和輸出同時測量)

希望1臺功率計能測量諧波畸變率和變頻器干擾等的測量參數

增加DC-AC轉換(PWM變頻器)的應用

提高扭矩控制變頻器的性能

變頻器、馬達、電力調節器的高效化

將測量范圍從研發擴大至設定現場

圖1 變頻器馬達的典型測試例

針對這些需求，日置電機提供3390和電流傳感器。例如：針對①來說，鉗式電流傳感器9709可測量微小電流至500A的大電流;針對②開發了具備波形分析、功率測量、諧波分析、FFT分析功能的功率計。同時，對于測量參數的要求，可瞬時顯示馬達、變頻器評估數據。對于③，可實現從DC(直流)到變頻器帶寬(0.5Hz~150kHz)的寬帶寬測量。關于④，可進行馬達電相角測量和功率參數的同時測量。針對⑤，1%以下的精度和重復精度，可實現功率轉換效率測量的高精度。對于⑥來說，可攜帶的小型設計，可滿足高精度測量和簡單測量的各種測量要求。

EV用最新馬達的評估和分析

為了測量馬達/變頻器的效率，首先需要同時高精度的測量變頻器的輸入和輸出功率后計算效率。此時，可測量高電壓/大電流的以及增強了絕緣功能、擴大頻率特性的功率計顯得尤為重要。電壓測量方面對于AC1000輸入的呼聲越來越高。電流測量方面，有可測量從微小電流到500A的大電流的鉗式電流傳感器。之前所謂的高精度功率計，僅僅是在分流器輸入方面實現了而已，如果要滿足上述所有要求一直是非常困難的。

3390配上高精度的鉗式電流傳感器，達到高精度的功率測量。9709實現了超過分流器輸入的最高精度+0.16%，可用于變頻器馬達測量中所必須的DC，0.5Hz～150kHz的寬帶寬測量。

進行馬達分析時，測量正確諧波的基波電壓/電流及其相位是必不可少的。3390適用于增量編碼器，簡單、準確的測出馬達的同步信號。可通過使A相和Z相同步后，對馬達的輸入電壓/電流做諧波分析，從而測量電相角。

另外，3390可對馬達的同步頻率0.5Hz和諧波進行分析。和0.5Hz～5kHz的基波頻率同步，在功率測量同時進行最大達100次的諧波分析。據此，能對低轉速的馬達進行諧波分析。

另外，可用矢量表示馬達的電相角，用X-Y表示馬達的運轉特性。馬達評估不可缺少的溫度數據也可同時測量。因此，1臺儀器便可測量變頻器效率、損耗和馬達能耗。

變頻器設備的評估和分析

變頻器設備的功率測量方面需要注意的一點，測量三相馬達時發生接線錯誤的情況。由于使用3390可邊看著接線圖的畫面，掌握接線和輸入的狀態，正確測量，因此可減少測量誤差。收集到的數據最后都用電腦進行管理，而3390最多可連接4臺同時進行測量實現PC測量(LAN、USB)，適合于自動化和多通道測量。任何人都可簡單、高精度的對變頻器的效率和損耗進行測量。

另外，在變頻器馬達的測量中有以下一些重要參數。

·rms值：基波+載波成分的有效值

·mn值：接近基波成分的有效值(MEAN值)

·fnd值：基波真有效值

·thd值：顯示測量波形的畸變情況

·unb值：顯示各相之間的平衡狀態

·+pk值：測量中的波形的正/負最大值

·dc值：顯示對馬達有害的DC成分

·ac值：在rms中除去DC成分的有效值

·f值：各相的頻率

3390可同時測量并顯示這些參數。

此外，3390還具備以X-Y圖表顯示來確認變頻器的動態特性的功能，變頻器不可或缺的諧波測量功能，用FFT評估影響變頻器的干擾的功能(可達100kHz)等(圖2)。而且，利用3390的500k采樣/秒的高速采樣率，來顯示電壓/電流波形(圖3)。之前，需要使用數字示波器和差分探頭、鉗式電流傳感器來觀測波形，非常麻煩，現在1臺3390即可實現。