HIOKI最新功率分析仪3390 提高新能源/节能设备效率的功率测量

从地球环境保护的角度出发，和功率测量相关的需求及期待越来越大。太阳能发电和电动车(EV)的推广、以及智慧型电网的构想等措施都将促进功率计的性能和功能的发展。本文特别将EV用马达和变频器的功率测量为例，通过日置电机针对支持高效控制系统的研发而开发的“功率分析仪3390”，来介绍近期功率计相关的动向和测量需求。

在高度地球环境保护、防止温室效应减少二氧化碳的时机中，功率测量相关需求和愿望非常强烈。在新能源中，太阳能发电、风力、生物、原子能发电、燃料电池的需求增长。节能设备中，冷暖空调设备和工厂产线用的变频器马达、空调、冰箱、洗衣机方面，也针对节能和高效实施了一些改善工作。另外，EV和电池相关的需求也成上涨趋势。同时，三相马达和变频器的高效化成为当务之急。

功率测量的多样化和测量范围的扩大

在强化新能源相关系统的开发和设备的节能化的进程中，针对功率测量方面的要求涉及许多方面。图1是变频器马达测量的典型例子，而且最近的动向和测量需求的主要方面，可列举出以下事项。

希望非接触、高精度的测量功率(变频器的输入和输出同时测量)

希望1台功率计能测量谐波畸变率和变频器干扰等的测量参数

增加DC-AC转换(PWM变频器)的应用

提高扭矩控制变频器的性能

变频器、马达、电力调节器的高效化

将测量范围从研发扩大至设定现场

图1 变频器马达的典型测试例

针对这些需求，日置电机提供3390和电流传感器。例如：针对①来说，钳式电流传感器9709可测量微小电流至500A的大电流;针对②开发了具备波形分析、功率测量、谐波分析、FFT分析功能的功率计。同时，对于测量参数的要求，可瞬时显示马达、变频器评估数据。对于③，可实现从DC(直流)到变频器带宽(0.5Hz~150kHz)的宽带宽测量。关于④，可进行马达电相角测量和功率参数的同时测量。针对⑤，1%以下的精度和重复精度，可实现功率转换效率测量的高精度。对于⑥来说，可携带的小型设计，可满足高精度测量和简单测量的各种测量要求。

EV用最新马达的评估和分析

为了测量马达/变频器的效率，首先需要同时高精度的测量变频器的输入和输出功率后计算效率。此时，可测量高电压/大电流的以及增强了绝缘功能、扩大频率特性的功率计显得尤为重要。电压测量方面对于AC1000输入的呼声越来越高。电流测量方面，有可测量从微小电流到500A的大电流的钳式电流传感器。之前所谓的高精度功率计，仅仅是在分流器输入方面实现了而已，如果要满足上述所有要求一直是非常困难的。

3390配上高精度的钳式电流传感器，达到高精度的功率测量。9709实现了超过分流器输入的最高精度+0.16%，可用于变频器马达测量中所必须的DC，0.5Hz～150kHz的宽带宽测量。

进行马达分析时，测量正确谐波的基波电压/电流及其相位是必不可少的。3390适用于增量编码器，简单、准确的测出马达的同步信号。可通过使A相和Z相同步后，对马达的输入电压/电流做谐波分析，从而测量电相角。

另外，3390可对马达的同步频率0.5Hz和谐波进行分析。和0.5Hz～5kHz的基波频率同步，在功率测量同时进行最大达100次的谐波分析。据此，能对低转速的马达进行谐波分析。

另外，可用矢量表示马达的电相角，用X-Y表示马达的运转特性。马达评估不可缺少的温度数据也可同时测量。因此，1台仪器便可测量变频器效率、损耗和马达能耗。

变频器设备的评估和分析

变频器设备的功率测量方面需要注意的一点，测量三相马达时发生接线错误的情况。由于使用3390可边看着接线图的画面，掌握接线和输入的状态，正确测量，因此可减少测量误差。收集到的数据最后都用电脑进行管理，而3390最多可连接4台同时进行测量实现PC测量(LAN、USB)，适合于自动化和多通道测量。任何人都可简单、高精度的对变频器的效率和损耗进行测量。

另外，在变频器马达的测量中有以下一些重要参数。

·rms值：基波+载波成分的有效值

·mn值：接近基波成分的有效值(MEAN值)

·fnd值：基波真有效值

·thd值：显示测量波形的畸变情况

·unb值：显示各相之间的平衡状态

·+pk值：测量中的波形的正/负最大值

·dc值：显示对马达有害的DC成分

·ac值：在rms中除去DC成分的有效值

·f值：各相的频率

3390可同时测量并显示这些参数。

此外，3390还具备以X-Y图表显示来确认变频器的动态特性的功能，变频器不可或缺的谐波测量功能，用FFT评估影响变频器的干扰的功能(可达100kHz)等(图2)。而且，利用3390的500k采样/秒的高速采样率，来显示电压/电流波形(图3)。之前，需要使用数字示波器和差分探头、钳式电流传感器来观测波形，非常麻烦，现在1台3390即可实现。