1.概述

自電機工程誕生以來，三相交流馬達一直是工業領域的主力。它們可靠、高效、費效比高，需要少量維修或根本不需要維修。此外，交流馬達（如感應馬達和磁阻馬達）無需與轉子的電氣連接，因此很容易實現阻燃，用于危險環境（如礦山）。

為了提供適當的交流馬達速度控制，必須為馬達提供三相電源，其電壓和頻率可以變化。這種電源將在定子中形成一個變速旋轉磁場，使得轉子按照所需的速度旋轉，且滑動很小，如圖1 所示。這個交流馬達驅動器可以高效提供從零速到全速的全轉矩，如果需要的話，還可以超速，而且通過改變相位旋轉，可以很容易使馬達雙向運轉。具有這些特點的驅動器稱作脈寬調制馬達驅動器。

交流馬達驅動系統示意圖

脈寬調制驅動器可以生成復雜波形，如在到馬達的輸出上，以及到驅動器的電源上。本文將分兩部分，探討馬達驅動器的電氣測量話題。

2. 對脈寬調制馬達驅動器的測量

表1 給出了脈寬調制馬達驅動器的典型測量。

表1. 常見的脈寬調制馬達驅動器測量

3. 馬達輸出測量

圖1 說明，通過在馬達輸出軸安裝轉速和轉矩傳感器，可以對馬達輸出進行測量。

圖1. 馬達輸出測量

3.1 轉矩和轉速傳感器

轉矩和轉速傳感器生成的電信號與轉矩和轉速成正比。通過測量這些信號，可以確定馬達的轉速和轉矩，從這些測量結果中可以計算馬達輸出功率。

3.2 轉矩

馬達轉矩是在其輸出軸上形成的旋轉力，它是一個扭力，其單位是牛頓米（Nm） 或英尺磅（1 英尺磅 =1.3558 Nm）。對于小型馬達而言，其轉矩額定值低于1 Nm；對于大型馬達而言，其轉矩額定值達到幾千Nm。

通過旋轉應變計以及利用固定接近、磁致伸縮和磁彈性傳感器，可以測量轉矩。這些傳感器都是溫度敏感型的。旋轉傳感器必須安裝在轉軸上，由于空間受限，這并非總能行得通。

為測量轉矩，應變計往往直接安裝在轉軸上。由于轉軸旋轉，轉矩傳感器必須通過滑環、無線通信或電感耦合與外邊世界耦合。

3.3 轉速

馬達轉速通常以每分鐘轉速（RPM） 來描述，即它在1分鐘內沿固定軸旋轉的完整圈數。

為了進行這些測量，PA4000 包括傳感器輸入端，用于連接轉矩和轉速傳感器。通過測量驅動器輸入端消耗的電力、以及馬達輸出端的轉矩和轉速，使用一臺儀器就可以測量出系統效率。

4. 驅動器輸出測量

脈寬調制驅動器的輸出波形非常復雜，由一系列高頻分量（ 因載波） 和低頻分量（ 因基波） 組合而成。

對大多數功率分析儀來說，這帶來的問題是：如果在高頻測量，那么波形中的低頻信息將丟失；如果濾除脈寬調制波形在低頻測量，那么高頻數據將丟失。這個難題的出現是因為在低頻對波形進行調制。因此，高頻測量（ 如總電壓有效值、總功率等） 必須在高頻處進行，但必須超出輸出波形低頻分量的整數倍。