测量变频器运行参数的仪表信号输出端子

5.8.1.1 常用仪表测量变频器输出电压

1.变频器输出电压的特点

变频器的输出电压是正弦脉宽调制后的系列脉冲，如图5-46b和c所示。特点是：

（1）脉冲的幅值不变

变频器输出电压的有效值随频率而变，但所有脉冲的幅值不变，都等于直流电压：

U_M=U_D

式中 U_M———电压脉冲的幅值，V；

U_D———变频器内直流回路的电压，V。

图5-46 变频器的输出电压

a）变频器的外接主电路 b）380V时的波形 c）250V时的波形

（2）输出电压的调节

输出电压的大小是通过改变脉冲的占空比来进行调节的。

图5-46b所示，是输出380V时的脉冲序列，脉冲的振幅等于变频器内的直流电压U_D=513V；脉冲的占空比较大。

图5-46c所示，是输出250V时的脉冲序列，脉冲的振幅仍等于U_D=513V；但脉冲的占空比较小。

2.常用仪表测量结果

工厂里常用的电压表主要是电磁式仪表或数字式仪表。用这两种电压表测量变频器的输出电压时，读数都偏大。如图5-47所示，分述如下：

图5-47 常用仪表测输出电压

a）电磁式仪表测量结果 b）数字式仪表测量结果

（1）电磁式仪表

电磁式仪表的主要部件是作用于铁片的线圈。由于线圈的感抗要随变频器输出频率的降低而减小，在相同的电压下，线圈里的电流就增大，故读数偏大。如图5-47a所示。

（2）数字式仪表

数字式仪表是通过采样脉冲不时地对被测电压进行采样，由于变频器输出电压的脉冲序列和仪表本身采样脉冲的频率不相吻合，故测量结果的误差很大，如图5-47b所示。

5.8.1.2 整流式仪表

1.整流式电压表原理

整流式电压表的主体是磁电式仪表，其结构和特点如下：

（1）磁电式仪表的结构

其基本结构如图5-48a所示。图中，1是永久磁铁，是固定的；2是铁心，用于增强磁路的磁通；3是线圈，与指针相联，带动指针旋转，4是指针。

（2）原理与特点

当线圈中通入与被测量成正比的电流后，将受到磁场的作用力而转动，并带动指针偏转，偏转角与线圈内电流的平均值成正比。磁电式仪表在进行测量时，有以下特点：

1）只能测量直流电流和电压。当流经线圈的电流方向改变时，线圈的受力方向也将改变。因此，如果通入线圈的电流是交变电流的话，指针将不能偏转。所以，磁电式仪表是不能用来测量交流电压和电流的。(www.xing528.com)

2）测电压时必须串联附加电阻。由于磁电式仪表的偏转部分是线圈，故测量电压时，不能像电磁式仪表那样大量增加线圈的匝数。而必须依靠串联一个阻值很大的附加电阻r_A来减小取用电流。

（3）整流式仪表及其功用

1）仪表的构成。所谓整流式仪表，就是把交变电压经全波整流后再通入磁电式仪表，是用磁电式仪表来测量交流电的一种方式，如图5-48b所示。

图5-48 整流式仪表测电压

a）磁电式仪表 b）测量交流电压 c）测量结果

2）测量交流电压时的特点。如上所述，由于线圈的匝数不多，故电感量小。当用来测量交流电压时，因为串联了阻值很大的附加电阻r_A，故整个测量电路基本上呈纯电阻性质。所以，测量变频器的输出电压时，流入线圈的电流波形基本上和电压波形相同。利用这一特点，由整流式仪表来测量变频器的输出电压是比较准确的，其测量结果如图5-48c所示。由于变频器的输出电压中含有高次谐波成分，故测量结果与基波电压相比，略大一些。

2.自制SPWM电压表

市场上不容易买到整流式电压表，但可以自制，方法如下：

1）在市场上购买一个磁电式的低压直流电压表，量程不限，这是整流式仪表的基础。

2）找一个阻值较大的电位器RP（500kΩ左右）与电压表串联，开始时将RP调至最大值。

3）用一个整流桥（击穿电压应≥1000V），其交流输入侧接至变频器的输出端，直流输出侧接至电压表和电位器的串联电路，如图5-49所示。

图5-49 自制整流式电压表

4）仪表的校准。磁电式仪表的读数是和电流的平均值成正比的，要得到有效值，须进行必要的校准。校准步骤如下：

①变频器接通电源，将输出频率调至50Hz。这时，变频器的输出电压应显示为380V；

②微微调节电位器RP，使电压表的指针指最大量程处，则电压表的最大量程为380V；

③测量电位器的阻值，用一个固定电阻取代电位器，并装入表内。

5.8.1.3 变频器运行参数的测量仪表

1.变频器的模拟量输出端子

变频器的各项运行参数可以通过外接仪表来进行测量，为此，专门配置了为外接仪表提供测量信号的外接模拟量输出端子，如图5-50a所示。

变频器的外接模拟量输出端子通常有两个，用于测量频率和电流。但除此以外，还可以通过功能预置测量其他运行数据，如：输出电压、转矩、负载率、功率，以及PID控制时的目标值和反馈值等。

图5-50 模拟量输出端子的应用示例

a）模拟量输出的接法 b）修改成频率表 c）修改成电流表

2.外接测量仪表的处理

变频器所提供的模拟量信号都是与被测参数成正比的低压直流电压或直流电流。不同变频器的模拟量输出信号也不一样，主要有0～10V、0～20mA、0～1mA等几种，必须注意说明书中的相关说明。

市场上只能买到低压的直流电压表或直流毫安表。因此，需要进行必要的技术处理。

今以0～10V的电压表测量变频器的输出频率和输出电流为例，说明如下：假设变频器的最高频率预置为0～50Hz，最大允许电流是100A。则仪表刻度盘上10V的位置处，修改成50Hz或100A相对应，如图5-50b和图5-50c所示的处理就可以了。

以此类推，可以修改成任意需要测量的仪表就可以了。