测量逆变器驱动电机复杂波形的过程中,对于准确测量失真波形的电压有效值或功率值这个问题大家都各有方法,但是高采样率、高精度的功率测量仪器却是测量的必要工具。正确的使用仪器才能让我们的工作效率大大提高,那么接下来我们利用横河高精度功率分析仪WT5000与横河集成软件平台IS8000探讨一下怎样同步进行波形观测与数据保存,且同时完成分析计算。
高精度功率分析仪WT5000具备能够连续输出波形数据的DS功能选项,却并没有为使用者提供利用这些波形数据来计算电压值、电流值或功率值的方法。在此就要提到——横河集成软件平台IS8000。IS8000与WT5000相互配合,便能够在严格确保电压值(有效值)与功率值(平均值)精度的前提下以数据为粘合剂,来完成联动测试的更多可能。接下来我们将为您详细解读这一集成方案。
WT5000的数据流输出(DS)功能
DS功能(选项)是一种能够将输入到WT5000的波形信号以连续或是数值同步的方式输出到PC的功能。其中可连续输出(数据流输出)到PC的波形信号为全电压、全电流、电机(转速、扭矩)信号。此外基于WT5000的采样率为10MS/s,所以其能够将简单且稀疏的波形数据输出到PC。
不单如此,受波形数以及10kS/s-2MS/s的采样率范围限制,此功能还具备了可用于编程的通信命令功能,以便使用者把相关数据轻松导入监控软件WTViewerE或集成软件平台IS8000 ,以进行数据保存与CSV转换。
IS8000的周期统计运算
IS8000的周期统计运算是一种运用示波记录仪的波形测量仪器或是WT5000的DS功能来捕获波形数据同时计算得出相关参数的功能。在运行过程中,设备会依据波形数据中所包含的周期信号计算出每一个周期的波形参数包括:与电压纵轴相关的运算项目(Peak to Peak/Amplitude/Maximum/Minimum等)、与时间横轴相关的运算项目
(Rise/Fall/Frequency/Period等)甚至是与面积相关的运算项目(Integ1TY/Integ2TY/Integ1XY/Integ2XY)。
在该类项目中,与纵轴相关的运算项目即有效值RMS,以及瞬时电压和瞬时电流相乘得到的瞬时功率的平均值(AVERAGE)全部都可以利用检测周期获取精度较高的运算结果。
而对于指定信号,其检测周期的方法也将取决于远端/中端/近端各线的设定,包括输入信号0至100的“%”设置,或可输入任意数值的物理量的“Unit”设置(详情如下图所示)。
【周期检测的线设置】
设置有效值和功率值的运算
下面我们将以设置有效值与功率值的运算步骤为例,介绍这一方案的详细操作步骤:
基于WT5000的最大采样率为10MS/s,但DS功能的最大采样率却不到主机采样率的1/5,仅仅为2MS/s,所以使用者需在IS8000的DAQ (WT)设置界面中启用DS功能,同时如下图中展示的内容尽可能设置高采样率以获得波形数据。
【IS8000中的DS功能设置】
对于所得的波形数据,大家可参考下图中所展示的公式,采用MATH功能将电压与电流相乘。
【运算公式界面】
选择周期统计运算——接下来,使用者便可在波形参数设置中选择周期统计运算。考虑到电压(WU1)与电流(WI1)均为有效值,所以请选择Rms选项。而在使用者需要取瞬时功率的平均值的情况下,则可在Math1中选择Avg,其界面如下图所示。
为了更为精确地检测周期,使用者需要在通道设置中选择噪声最小、最接近正弦波的波形,同时参考下图中设置远端/中端/近端的各线。
集成方案的测试验证
对于配有DS选件的WT5000与IS8000集成软件的强强组合,是否真的能够帮助使用者获取精准可靠的测试数据呢?我们借助交流功率校准仪LS3300以及PWM逆变器来完成实测验证。如下图中展示可以看到,我们先将LS3300与WT5000相连。由于是基准输入,所以WT5000的测量结果与设定值一致。
【LS3300与WT5000的连接】
【WT5000主机对LS3300输出的测量结果】
【将电流波形作为周期检测信号时IS8000的周期统计运算结果】
结合上图中展示的内容可知,采用WT5000的DS功能输出的波形数据,在经过IS8000周期统计运算后所输出的平均值结果,与直接使用WT5000所获取的测量结果几乎一致!
接下来,我们还会依据WT5000主机的测量值验证PWM逆变器的输出。基于电压型PWM逆变器的电压波形为脉冲状波形,设备很难检测基波频率的周期。除此之外电流波形上所叠加的载波频率的三角波,在微小输入的情况下更易产生噪声,这也从侧面增加了周期检测的难度。
在验证过程中,我们向空闲的输入元件(CH4)输入更接近正弦波的电流,如图9所示,并对该输入启用线路滤波器以获取噪声较小的正弦波,将其设置为周期检测信号再与周期统计运算的默认设置“Own”进行对比。
【WT5000中的测量结果(逆变器的电压波形(U1)、电流波形(I1)、启用周期检测用线路滤波器后的电流波形(I4))】
从上述图中可以发现,WT5000的测量值就是与IS8000的周期统计运算进行比较的参考值,同时完成周期检测的单元4的波形几乎是正弦波,相较于噪声较多的PWM脉冲状单元1的电流波形,更加便于判断零交叉点。
【CH4波形用于周期检测时的测量结果】
【波形检测设置为默认Own进行运算的结果(功率值差异很大)】
由上述两图中可知联合WT5000与IS8000,使用者可在更多应用场景下进行可靠的数据挖掘。