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    萬用表直流擋測變頻輸出有誤差的“深度解析”

    發布時間:2019-08-02 15:32:54來源:

    我在《能否用直流電壓擋測量變頻器的輸出交流電壓?》的博文中,談到用指針式萬用表,來測量變頻器U、V、W端子輸入的交流電壓,假定因驅動或IGBT模塊的故障原因,輸出三相電壓不平衡,即交流輸出中混有了直流成分,則能測出直流電壓值,并可由測量電壓值的極性判斷是哪一臂IGBT出現了問題。假定變頻器的驅動電路與IGBT模塊都是正常的,即輸出3相交流電壓平衡的,則所測交流成分的正、負波因想到抵消,而使測量值為零。如此一來,比用交流電壓擋來測量輸出電壓,更為直觀和有效。
    但隨之接到“部分網友”的回饋信息:反映即使變頻器輸出正常,用直接擋仍能測出一定的電壓值,如此一來,用直流擋測量交流電壓判斷輸出故障的方法,就無效了啊。按道理,用直流擋測量交流電壓,只要交流電壓是正常的,測量值就應該為零才對啊。也有一些起網友,對此方法大加贊揚,看來這個方法,還是靈驗的(用我的MF47F型萬用表測量,就好使嘛)。這其中可能就存在一個問題,同屬于指針式萬用表(甚至于是一個型號的,因出廠日期不同),可能內部的直流、交流電壓測量電路,是不一樣的,或已經有了改動。
    有些萬用表可以測量,為何有些表就不行,其原因何在呢?我雖然一直判斷是萬用表內部電路差異的問題,但未能抽出時間來深究一下,比較近偶爾翻閱《用示波器檢修彩顯》一書(劉建清等編著),書中對此一現象有了“揭密”。嗨,省得我費事了,轉發(直接轉發是不對號的,我給改動了一下)到這里,解除朋友們的疑問吧。
    用萬用表的直流擋測量變頻器輸出電壓,其實是對脈沖電壓平均值的測量。因萬用表型號或內部電路不同,所得結果則差異甚大。如變頻器輸出正常時,某塊萬用表顯示直流電壓為數百伏以上,某塊萬用表的直流電壓顯示值為0V。顯然后者,適用于用直流擋判斷交流輸出的故障。原因何在呢?
    下圖1,為指針式萬用表內部直流電壓擋的等效電路,圖2中的波形a是加在直流輸入端子間的(單向)脈沖方波電壓;波形b是開關K斷開時加在表頭上的波形;波形c是開關K閉合時加在表頭上的波形。波形b為準確測量值,波形c則為測量誤差值。
     

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    測量變頻器輸出電壓有誤差的萬用表,使用直流擋時,轉換開關K為閉合狀態,為交流電壓擋整流用的二極管D1、D2始終是接入電路的。測量無誤差的萬用表,直流擋開關K是斷開的。K的兩種狀態,是直接擋測量穩定直流電壓,是沒有什么影響的,但測量脈沖電壓時,所測脈沖電壓的平均值,則存在很大的差異。
    當K為閉合狀態時,由于輸入脈沖電壓有豐富的諧波,而電路中有分布電容的存在,分布電容與電阻網絡構成的阻容網絡對脈沖電壓的響應,使加在表頭上的信號如圖2中的c所示波形,由于D1、D2對負向脈沖的限幅作用(將負向脈沖電壓鉗位于1.4V以內),使負向脈沖面積大大小于正向脈沖面積,二者無法相抵消,測量平均值偏大,脈沖的峰值愈大,偏差愈大。變頻器全速輸出時,能測得250V左右的直流電壓值(其實是錯誤顯示值)。
    當K為斷開狀態時,輸入脈沖電壓經阻容網絡“異化”后,在表頭兩端形成如圖2中的b所示波形,波形的上、下陰影部分面積完全相等,其直流平均值由于上、下陰影面積相等且為一正一負,而互相抵消,實際測量的平均值(非陰影部分)不受分布電容的影響。
    變頻器輸出的脈沖電壓,實際為正、負雙向脈沖電壓,其陰影和非陰影部分均分為一正一負面積相等的兩部分,完全互相抵消,故不論輸出電壓值的高低,只要輸出正、負半波對稱,所測量直流電壓值,即為0V。
    早期購買的MF47型萬用表,測量脈沖直流電壓無誤差。但MF92型萬用表,測量則有誤差。近年生產的MF47表,據說也有測量誤差,顯然內部測量電路有了改動,只適宜于測量穩定直流電壓,不宜于測量脈沖直流電壓了。結論:想用直流電壓擋,得到測量脈沖直流電壓的準確結果,應選用直流電壓擋內部電路,(K處于斷開位置)將D1、D2限幅電路斷開的萬用表才行。

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