福祿克公司去年年底推出的新型190系列萬(wàn)用表波表已經(jīng)在電力，電子設(shè)備行業(yè)贏得了盛譽(yù)，甚至不經(jīng)常首選示波器作為診 斷工具的工程師也在使用190系列。在本文，福祿克的高級(jí)產(chǎn)品專(zhuān)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(chǎng)服 務(wù)，系統(tǒng)集成一直到系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的整體應(yīng)用能力。

現(xiàn)在，所有的現(xiàn)代電源控制系都具備控制是電路，這些控制 電路在電氣上是同電力電子設(shè)備隔離的。基于微型控制器的 邏輯電路一般都工作在3到5V的電壓下，而電力電子設(shè)備則 是由三相380V的電源驅(qū)動(dòng)的。而且這樣的系統(tǒng)有可能有一個(gè) 或幾個(gè)浮動(dòng)的部分，所以不能認(rèn)為它們是共地的。在這樣一 個(gè)系統(tǒng)中選擇測(cè)試點(diǎn)是非常棘手的事，因?yàn)闈撛诘碾妷翰羁?能高達(dá)幾百伏。所以在測(cè)量同時(shí)有控制和電源回路的情況下 通常會(huì)分成兩個(gè)步驟進(jìn)行，把測(cè)量高電壓和低電壓分開(kāi)，這 樣就可以避免高電壓對(duì)電子設(shè)備以及人身的傷害。但這種測(cè) 試方法的缺點(diǎn)是測(cè)試不能同時(shí)進(jìn)行，這就意味著在測(cè)試具有 關(guān)聯(lián)性的故障時(shí)非常困難。

當(dāng)然您可以使用兩臺(tái)獨(dú)立的儀器來(lái)同時(shí)測(cè)量，但是當(dāng)分析時(shí) 序關(guān)系時(shí)這樣的方法就無(wú)能為力了。一種比較好的方法就是 使用一臺(tái)雙通道輸入的儀器，比如福祿克生產(chǎn)的高性能的 190系列萬(wàn)用示波表。

隔離輸入

標(biāo)準(zhǔn)雙通道輸入的示波器的兩個(gè)輸入端是共地的，而190系 列萬(wàn)用示波表的兩個(gè)輸入端則是完全隔離的，這意味著您可 以在兩個(gè)輸入端子同時(shí)安全地接入相差很大的電壓。輸入端 子間的隔離的同時(shí)安全等級(jí)高達(dá)二類(lèi)1000V（CAT 口 ）和三類(lèi) 600（CAT田）。CAT是IEC定義的測(cè)量?jī)x器的安全等級(jí)。它不 但定義了測(cè)量?jī)x表的最大額定電壓，還規(guī)定了儀表所使用的 環(huán)境，即過(guò)壓分類(lèi)-CAT田比CAT 口要求更嚴(yán)格。190系列萬(wàn) 用示波表的每個(gè)輸入端子的浮動(dòng)電壓（在端子和地之間的最大 電壓）也高達(dá)二類(lèi)1000V和三類(lèi)600V。根據(jù)這些分類(lèi)，可以 看出190系列萬(wàn)用波表無(wú)論在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域或是工業(yè)應(yīng)用當(dāng)中都 是非常安全的。

這與其他很多示波器形成了鮮明的對(duì)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(yīng)的探頭才能達(dá)到 300V。在工業(yè)環(huán)境中300V到400V的電壓是常見(jiàn)的，這時(shí)能 否使用這樣的示波器便很成問(wèn)題。標(biāo)準(zhǔn)的臺(tái)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(xiǎn)甚至發(fā)生觸電事故，而190系列萬(wàn)用示 波表的浮動(dòng)電壓指標(biāo)意味著它安全的多。 使用190系列萬(wàn)用示波表，即使是在不熟悉的環(huán)境中，只要 采取一些常識(shí)性的預(yù)防措施就您就可以放心的進(jìn)行測(cè)量。實(shí) 際上，即使兩個(gè)輸入端子接上完全相反的電源電壓也不會(huì)對(duì) 儀器或其他電路造成任何破壞。

不僅在安全方面，190系列萬(wàn)用示波表的高達(dá)2.5GS/S的采樣 率在測(cè)量高頻輸入和輸出信號(hào)時(shí)也非常理想。它的“即觸即 測(cè)”（Connect-and-View（）自動(dòng)觸發(fā)功能可以自動(dòng)設(shè)置正確的觸 發(fā)條件，這就使得包括電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制信號(hào)在內(nèi)的各種信 號(hào)的觸發(fā)變的非常簡(jiǎn)單，您就可以更快地排除故障。

解決電動(dòng)機(jī)和變頻器的故障

一種最常見(jiàn)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)就是PWM變頻器，在這些變頻器 中，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，例如可控硅或現(xiàn)在更常見(jiàn)的IGBT（雙門(mén)隔 離變換器），通過(guò)由微處理器控制的電路觸發(fā)，從而產(chǎn)生穩(wěn)定 的電壓脈寬調(diào)制輸出來(lái)進(jìn)行電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

脈寬調(diào)制變頻器電路原理圖

輸出電壓實(shí)際上是一系列一定數(shù)量的正的或負(fù)的脈沖，在每 個(gè)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(kāi)關(guān)被觸發(fā)產(chǎn)生窄的脈沖，而在中間部分產(chǎn)生寬的波形，那 么輸出電壓的平均值就會(huì)接近主線頻率的正弦波。盡管輸出 電壓看起來(lái)有些變形，但是電動(dòng)機(jī)的很大的自感應(yīng)使電流平 滑恢復(fù)到正弦波的形狀，電動(dòng)機(jī)也就可以平滑地運(yùn)行了。通 過(guò)改變脈沖的時(shí)鐘比率，輸出頻率，電動(dòng)機(jī)速度就可以改變。

在電動(dòng)機(jī)端子同時(shí)測(cè)量脈）調(diào)制變頻器的電壓和電流的波形

三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)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(huì)產(chǎn)生更大的電流,從而引起溫度 升高并可能引起電動(dòng)機(jī)提前故障。單相失電很難察覺(jué)，除了溫 度升高和一些扭矩和平滑性的下降以外,電動(dòng)機(jī)看起來(lái)運(yùn)行正 常。對(duì)單相的測(cè)量很困難，因?yàn)槿绻陔妱?dòng)機(jī)端子測(cè)量電壓, 電壓值會(huì)在顯示正常，因?yàn)樾D(zhuǎn)的線圈類(lèi)似一個(gè)發(fā)電機(jī)，會(huì)在 開(kāi)相的線圈中產(chǎn)生電壓。最好的測(cè)量方法就是對(duì)三相都進(jìn)行電 流測(cè)量，這樣才能找出沒(méi)有電流的開(kāi)路的一相。

如果檢測(cè)到了這樣的情況，問(wèn)題可能是出在電動(dòng)機(jī)本身或驅(qū) 動(dòng)電路。為了確認(rèn)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)190系列萬(wàn)用示波表 的隔離輸入。在普通示波器上想同時(shí)觀察這兩個(gè)信號(hào)是不可 能的，因?yàn)殡妷合嗖詈艽蟆Ｊ褂?90系列萬(wàn)用示波表就完全 沒(méi)有問(wèn)題。如圖所示，輸入端子A設(shè)置成檢測(cè)控制回路輸出 脈沖5V觸發(fā)，而輸入端子B被設(shè)定測(cè)量IGBT的輸出，電壓 高達(dá)400V。從屏幕上的顯示可以清楚的看到兩個(gè)信號(hào)基于時(shí) 間的聯(lián)系，可以看出在這個(gè)例子中IGBT的輸出是正確的。

控制電路的觸發(fā)脈沖和電動(dòng)）中IGBT輸出之間的關(guān)系

調(diào)試開(kāi)關(guān)電源

在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置中，是依靠頻率的改變來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)速，而開(kāi)關(guān)電源的頻率是固定的。而且對(duì)于開(kāi)關(guān)電源一個(gè) 關(guān)鍵的性能就是針對(duì)不同負(fù)載的穩(wěn)定性-如果負(fù)載變化，電源 必須要通過(guò)一個(gè)反饋回路實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)，重新使輸出電壓穩(wěn) 定，使電壓上下波動(dòng)降到最低。如果性能不好則可能導(dǎo)致系 統(tǒng)故障。

針對(duì)負(fù)載的變化快速響應(yīng)是現(xiàn)代開(kāi)關(guān)電源的一個(gè)基本要求

開(kāi)關(guān)電源的輸出通過(guò)高頻變換電路中的變壓器和輸入的高電 壓隔離。要檢測(cè)反饋和控制電路的響應(yīng)，可以用190系列萬(wàn) 用示波表的輸入A檢測(cè)輸出電壓隨負(fù)載變化的情況，而用輸 入B同時(shí)觀察變化器中控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中的高頻脈沖的情況。

通過(guò)在示波表的屏幕上觀察兩個(gè)信號(hào)之間的時(shí)間延遲，反饋 系統(tǒng)的響應(yīng)可以很容易確定，如果需要的話，可以采取措施 加速電路的響應(yīng)。

同時(shí)測(cè)量開(kāi)關(guān)電源的輸出和高頻轉(zhuǎn)換器的脈沖，可以得到反饋系統(tǒng)的響應(yīng)

同時(shí)測(cè)量開(kāi)關(guān)電源的輸出和高頻轉(zhuǎn)換器的脈沖，可以得到反饋系統(tǒng)的響應(yīng)

測(cè)量工業(yè)系統(tǒng)的功率因數(shù)

通過(guò)使用電流鉗190系列萬(wàn)用示波表可以測(cè)量系統(tǒng)的有功功 率，無(wú)功功率和視在功率，甚至可以直接測(cè)量功率因數(shù)。這 意味著可以很容易的檢查功率的分布，比如，一個(gè)工廠中的 供電系統(tǒng)能否容納更多的負(fù)載。一套快速的檢查過(guò)程馬上可 以讓系統(tǒng)規(guī)劃人員知道是否計(jì)劃中的擴(kuò)容會(huì)導(dǎo)致功率因數(shù)降 到規(guī)定的參數(shù)以下以避免供電部門(mén)的處罰。

190示波表提供了這樣的典型應(yīng)用。過(guò)去，示波器因?yàn)橄嚅g連 接的危險(xiǎn)性并不是進(jìn)行這種測(cè)量的合適的儀器。因?yàn)槿绻麤](méi) 有合適的接地，偶爾的相間連接，儀器就有可能帶電從而產(chǎn) 生危險(xiǎn)。現(xiàn)在，190系列中示波表的浮地的特點(diǎn)表明實(shí)際上在 所有的工業(yè)環(huán)境中，相間連接不會(huì)導(dǎo)致儀器本身帶電。