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美國福祿克FLUKE電流變送器的真?zhèn)闻袆e
美國福祿克公司是的三大電子測試儀器儀表的跨國生產廠商之一。 從去年年底推出的技術新型190CC系列萬用示波表已經(jīng)在電力，電子設備行業(yè)贏得了盛譽，甚至不經(jīng)常選示波器作為診斷工具的工程師也在使用190CC系列。
在本文，福祿克的產品專家解釋了隔離輸入的特性是如何使該儀器具備了從現(xiàn)場服務，系統(tǒng)集成一直到系統(tǒng)開發(fā)的整體應用能力。 現(xiàn)在，所有的現(xiàn)代電源控制系統(tǒng)都具備控制電路，這些控制電路在電氣上是同電力電子設備隔離的?；谖⑿涂刂破鞯倪壿嬰娐芬话愣脊ぷ髟?到5V的電壓下，而電力電子設備則是由三相380V的電源驅動的。而且這樣的系統(tǒng)有可能有一個或幾個浮動的部分，所以不能認為它們是共地的。
在這樣一個系統(tǒng)中選擇測試點是非常棘手的事，因為潛在的電壓差可能高達幾百伏。所以在測量同時有控制和電源回路的情況下通常會分成兩個步驟進行，把測量高電壓和低電壓分開，這樣就可以避免高電壓對電子設備以及人身的傷害。但這種測試方法的缺點是測試不能同時進行，這就意味著在測試具有關聯(lián)性的故障時非常困難。 當然您可以使用兩tai獨立的儀器來同時測量，但是當分析時序關系時這樣的方法就無能為力了。一種比較好的方法就是使用一臺雙通道輸入的儀器，如福祿克公司生產的高性能的190C系列便攜式萬用示波表。 隔離輸入 標準雙通道輸入的示波器的兩個輸入端是共地的，而190C系列萬用示波表的兩個輸入端則是*隔離的，這意味著您可以在兩個輸入端子同時安全地接入相差很大的電壓。
輸入端子間的隔離的安全等級高達二類1000V(CATII)和三類600V(CATIII)。 CAT是IEC定義的測量儀器的安全等級。它不但定義了測量儀表的大額定電壓，還規(guī)定了儀表所使用的環(huán)境，即過壓分類－CATIII比CATII要求更嚴格。190C系列萬用示波表的每個輸入端子的浮動電壓（在端子和地之間的大電壓）也高達二類1000V和三類600V。根據(jù)這些分類，可以看出190C系列萬用示波表無論在專業(yè)領域或是工業(yè)應用當中都是非常安全的。 這與其他很多示波器形成了鮮明的對比，很少示波器能提供雙隔離輸入。即使有些示波器有隔離輸入，隔離電壓也是很低的，差不多只有30V，有些需要配相應的探頭才能達到300V。在工業(yè)環(huán)境中300V到400V的電壓是常見的，這時能否使用這樣的示波器便很成問題。 普通的標準臺式示波器在使用中經(jīng)常不接地（非法的），這就使輸入端子浮空，從而大大的增加了人身傷害的危險甚至發(fā)生觸電事故，而190C系列萬用示波表的浮動電壓指標意味著它安全性能的大大地提高了很多。
使用190CC系列萬用示波表，即使是在不熟悉的環(huán)境中，只要采取一些常識性的預防措施就您就可以放心的進行測量。實際上，即使兩個輸入端子接上*相反的電源電壓也不會對儀器或其他電路造成任何破壞。 不僅在安全方面，190CC系列萬用示波表的高達2.5GS/S的采樣率在測量高頻輸入和輸出信號時也非常理想。它的“即觸即測”(Connect-and-Viewä)自動觸發(fā)功能可以自動設置正確的觸發(fā)條件，這就使得包括電動機驅動和控制信號在內的各種信號的觸發(fā)變的非常簡單，您就可以更快地排除故障。
解決電動機和變頻器的故障 一種常見的電動機驅動就是PWM脈寬調制變頻器，在這些變頻器中，半導體開關，例如可控硅或現(xiàn)在更常見的IGBT（雙門隔離變換器），通過由微處理器控制的電路觸發(fā)，從而產生穩(wěn)定的電壓脈寬調制輸出來進行電動機驅動。 脈寬調制變頻器電路原理圖 輸出電壓實際上是一系列一定數(shù)量的正的或負的脈沖，在每個脈沖周期中變化的脈寬形成了變化的平均電壓:脈寬越寬，平均電壓越高。如果在電源電壓波形周期的前部和后部這些開關被觸發(fā)產生窄的脈沖，而在中間部分產生寬的波形，那么輸出電壓的平均值就會接近主線頻率的正弦波。
盡管輸出電壓看起來有些變形，但是電動機的很大的自感應使電流平滑恢復到正弦波的形狀，電動機也就可以平滑地運行了。通過改變脈沖的時鐘比率，輸出頻率，電動機速度就可以改變。 在電動機端子同時測量脈寬調制變頻器的電壓和電流的波形 三相感應電動機的一種典型故障就是其中的一相突然失電。在這種情況下另外兩相線圈就會產生更大的電流，從而引起溫度升高并可能引起電動機提前故障。單相失電很難察覺，除了溫度升高和一些扭矩和平滑性的下降以外，電動機看起來運行正常。對單相的測量很困難，因為如果在電動機端子測量電壓，電壓值會顯示正常，因為旋轉的線圈類似一個發(fā)電機，會在開相的線圈中產生電壓。
好的測量方法就是對三相都進行電流測量，這樣才能找出沒有電流的開路的一相。 如果檢測到了這樣的情況，問題可能是出在電動機本身或驅動電路。為了確認情況，有必要檢查IGBT的輸出并和微型控制器的輸出脈沖比較。這樣就可以體現(xiàn)190CC系列萬用示波表的隔離輸入。在普通示波器上想同時觀察這兩個信號是不可能的，因為電壓相差很大。使用190C系列萬用示波表就*沒有問題。如圖所示，輸入端子A設置成檢測控制回路輸出脈沖5V觸發(fā),而輸入端子B被設定測量IGBT的輸出，電壓高達400V。從屏幕上的顯示可以清楚的看到兩個信號基于時間的聯(lián)系，可以看出在這個例子中IGBT的輸出是正確的。 控制電路的觸發(fā)脈沖和電動機中IGBT輸出之間的關系。
調試開關電源 在電動機的驅動裝置中，是依靠頻率的改變來控制電動機的轉速，而開關電源的頻率是固定的。而且對于開關電源一個關鍵的性能就是針對不同負載的穩(wěn)定性－如果負載變化，電源必須要通過一個反饋回路實現(xiàn)快速反應，重新使輸出電壓穩(wěn)定，使電壓上下波動降到低。如果性能不好則可能導致系統(tǒng)故障。
我們經(jīng)常在市場上看到各種標注著TRMS 的電流電壓測量產品，如各種鉗形表，數(shù)字萬用表，以及各種標稱是真有效值的電流電壓變送器等。 但有很多這樣的產品都是徒有虛名，要么使用限制性很大，不能對各種信號都進行真有效值采集測量，要么本身就是虛假宣傳。
1. 真有效值的含義及原理：
真有效值的含義是True-RMS，即真實方均根值，對于電流信號，其表達式如下：
我們可以很容易得到正弦波的電流，比如工頻市電。我們可以利用給熱水器加熱的電流進行測量，鑒定TRMS電流傳感器或者TRMS儀表的真?zhèn)巍?/span>
2．真有效值產品的鑒別方法。
假定此時用傳感器或者各種鉗形表或萬用表測量出的數(shù)據(jù)為I，半波的有效值電流是I1,則 I1=0.707I 。計算方法如下：
所以，用戶可以通過測全波電流和半波電流，并檢查兩種電流大小的差異來判斷測量工具的功能或準確性。如果半波電流讀數(shù)是全波電流讀數(shù)的0.707倍，那么就證明這個測量工具具有真正的有效值測量功能即TRMS功能，如果讀數(shù)并不反映這種關系，那么就說明該設備不具備TRMS功能。
3. 實例：
下圖是同一個電流回路中串接了3種測量工具，從左到右分別是 FLUKE 17B（單匝測量）,FLUKE 319（10匝測量） ,柏艾斯HTIC-C21真有效值傳感器（10匝測量）。
全波電流情況下，電流傳感器測量讀數(shù)為26.38A,計算過程為：（8.22-4）/16 * 100=26.38 ，與兩個福祿克表的測量值讀數(shù)相差不大。
在回路中串接二極管，半波整流后，電流傳感器測量讀數(shù)為18.69A,計算過程如下：（6.99-4）/16 * 100=18.69 ，與兩個福祿克表的讀數(shù)相差甚遠！
經(jīng)過上述的理論我們可以清楚的知道，半波電流有效值為全波電流有效值的0.707倍。我們驗算一下傳感器兩次測量讀數(shù)之間的關系，半波情況下，HTIC-C21電流傳感器輸出理論值應該26.38 * 0.707=18.6 ,實測為18.69A,誤差僅僅0.04A，接近理想狀態(tài)！ 而此時所謂的TRMS真有效值鉗形表FLUKE 319輸出值與理論值相差高達4.59A,相對誤差高達（18.933-14.34）/18.933 = 24.26% 。
以上實驗是在純阻性負載的情況下進行的實驗，波形為理想的正弦波，經(jīng)過二極管半波整流后，輸出波形也比較規(guī)范。
4. 結論：
1. 真有效值測量工具的有效性可以通過簡單實驗加以證明。
2．購買真有效值傳感器或者鉗形表時，請與供應商詳細溝通，看是否真正意義上的全波形真有效值測量。
3. 柏艾斯的HTIC-C21系列真有效值電流變送器是經(jīng)得住考驗的。
4. 因基于霍爾原理的HTIC-C21系列真有效值電流變送器可以測量任意波形，故使用范圍較廣。
5. 儀表給出錯誤讀數(shù)，可能會誤導工程設計，如電纜選擇，開關容量計算等，用戶需要高度警惕。