美國(guó)福祿克公司是的三大電子測(cè)試儀器儀表的跨國(guó)生產(chǎn)廠商之一。 從去年年底推出的技術(shù)新型190CC系列萬(wàn)用示波表已經(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(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(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)闈撛诘碾妷翰羁赡芨哌_(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tai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，如福祿克公司生產(chǎn)的高性能的190C系列便攜式萬(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190C系列萬(wàn)用示波表的兩個(gè)輸入端則是*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安全等級(jí)高達(dá)二類(lèi)1000V(CATII)和三類(lèi)600V(CATIII)。 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)－CATIII比CATII要求更嚴(yán)格。190C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190C系列萬(wàn)用示波表無(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。 普通的標(biāo)準(zhǔn)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190C系列萬(wàn)用示波表的浮動(dòng)電壓指標(biāo)意味著它安全性能的大大地提高了很多。

     使用190CC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*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，190CC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-Viewä)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 一種常見(jiàn)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)就是PWM脈寬調(diào)制變頻器，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(xiàn)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)量脈寬調(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(xiàn)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)顯示正常，因?yàn)樾D(zhuǎn)的線(xiàn)圈類(lèi)似一個(gè)發(fā)電機(jī)，會(huì)在開(kāi)相的線(xiàn)圈中產(chǎn)生電壓。

     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)190CC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?90C系列萬(wàn)用示波表就*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)機(jī)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)降到低。如果性能不好則可能導(dǎo)致系統(tǒng)故障。

 我們經(jīng)常在市場(chǎng)上看到各種標(biāo)注著TRMS 的電流電壓測(cè)量產(chǎn)品，如各種鉗形表，數(shù)字萬(wàn)用表，以及各種標(biāo)稱(chēng)是真有效值的電流電壓變送器等。 但有很多這樣的產(chǎn)品都是徒有虛名，要么使用限制性很大，不能對(duì)各種信號(hào)都進(jìn)行真有效值采集測(cè)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(shí)方均根值，對(duì)于電流信號(hào)，其表達(dá)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(jìn)行測(cè)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(chǎn)品的鑒別方法。

假定此時(shí)用傳感器或者各種鉗形表或萬(wàn)用表測(cè)量出的數(shù)據(jù)為I，半波的有效值電流是I1,則 I1=0.707I 。計(jì)算方法如下：

所以，用戶(hù)可以通過(guò)測(cè)全波電流和半波電流，并檢查兩種電流大小的差異來(lái)判斷測(cè)量工具的功能或準(zhǔn)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(gè)測(cè)量工具具有真正的有效值測(cè)量功能即TRMS功能，如果讀數(shù)并不反映這種關(guān)系，那么就說(shuō)明該設(shè)備不具備TRMS功能。

3. 實(shí)例：

下圖是同一個(gè)電流回路中串接了3種測(cè)量工具，從左到右分別是 FLUKE 17B（單匝測(cè)量）,FLUKE 319（10匝測(cè)量） ,柏艾斯HTIC-C21真有效值傳感器（10匝測(cè)量）。

全波電流情況下，電流傳感器測(cè)量讀數(shù)為26.38A,計(jì)算過(guò)程為：（8.22-4）/16 * 100=26.38 ，與兩個(gè)福祿克表的測(cè)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(cè)量讀數(shù)為18.69A,計(jì)算過(guò)程如下：（6.99-4）/16 * 100=18.69 ，與兩個(gè)福祿克表的讀數(shù)相差甚遠(yuǎn)！

經(jīng)過(guò)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(yàn)算一下傳感器兩次測(cè)量讀數(shù)之間的關(guān)系，半波情況下，HTIC-C21電流傳感器輸出理論值應(yīng)該26.38 * 0.707=18.6 ,實(shí)測(cè)為18.69A,誤差僅僅0.04A，接近理想狀態(tài)！ 而此時(shí)所謂的TRMS真有效值鉗形表FLUKE 319輸出值與理論值相差高達(dá)4.59A,相對(duì)誤差高達(dá)（18.933-14.34）/18.933 = 24.26% 。

以上實(shí)驗(yàn)是在純阻性負(fù)載的情況下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，波形為理想的正弦波，經(jīng)過(guò)二極管半波整流后，輸出波形也比較規(guī)范。

4. 結(jié)論：

1. 真有效值測(cè)量工具的有效性可以通過(guò)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)加以證明。

2．購(gòu)買(mǎi)真有效值傳感器或者鉗形表時(shí)，請(qǐng)與供應(yīng)商詳細(xì)溝通，看是否真正意義上的全波形真有效值測(cè)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(yàn)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(cè)量任意波形，故使用范圍較廣。

5. 儀表給出錯(cuò)誤讀數(shù)，可能會(huì)誤導(dǎo)工程設(shè)計(jì)，如電纜選擇，開(kāi)關(guān)容量計(jì)算等，用戶(hù)需要高度警惕。

詳細(xì)點(diǎn)擊：美國(guó)福祿克FLUKE電流變送器的真?zhèn)闻袆e