功率分析仪PW8001在多相电机的功率测量方法

在EV及工业设备不断追求高性能的背景下，电机的多相化发展持续加速。传统主流的三相结构逐渐被替代，采用五 相、六相这类多相电机的情况日益增多，其具体应用有望拓展至电动飞行器、自动驾驶EV等领域。

多相化通过降低各相电流容量，减少电阻损耗并抑制发热，最终实现电机的高功率输出与效率提升，还能获得冗余 性*1、功率密度提高等优势。然而另一方面，也面临着测量与评估难度大幅上升的难题。

1：由于绕组多相互独立，即使某一相发生故障，其余相仍可维持一定扭矩，确保设备继续运行。

多相电机功率测量的课题与重点

多相电机功率测量面临以下两大课题：

电压与电流通道数的增加

五相电机需同时测量5通道、六相电机需同时测量6通道电压与电流，因此测量仪器需具备多输入通道及高精度测量的条件。尤其在高频领域，各相电压与电流的相位误差会直接影响有功功率及效率的计算，因此带宽特性、相位精度都至关重要。

运算处理的复杂化

三相系统中，有功功率及效率的计算通常采用标准化算式，而五相、六相电机因各相相位角不同，需对每相分别进行独立运算后再汇总计算。因此，测量仪器需具备用户自定义运算*2功能，这是实现多相电机功率测量的必要条件。

2：指用户可自行设定运算公式，并在测量画面中实时显示运算结果的功能，也称UDF(User Defined Function)。

多相电机功率测量的理想仪器

我们推荐使用PW8001进行多相电机功率测量。该设备可在宽频范围内保证高振幅精度与相位精度，通过大屏幕能实时查看各相功率参数，且支持多矢量图显示，便于直观确认相位平衡状态。

此外，选配电机分析选件后，除扭矩，转速外，还可以测量电机的效率 及损耗。同时，可根据测量对象的额定值与口径，搭配各类电流传感器使用。

测量方法

下面以PW8001为例，介绍多相电机功率测量的具体步骤。

N 相电机功率测量的基本事项

电压：测量各相-中性点或电机机壳(或接地线)间的电压

电流：测量各线电流

通道数：需准备与电机相数相同的通道数(N通道)

无论是三角形接法还是星形接法，均以电机机壳(或接地线)为基准进行接线。星形接法理想情况下应以中性点为基 准，但由于中性点通常难以引出，因此实际以电机机壳或接地线作为基准。

此时，N相电机的有功功率可表示为以下公式：

P总= P1 + P2 + … + PN-2 + PN-1 + PN

例 1 |五相电机

下面以五相电机的测量为例进行说明。

如图所示，以电机机壳(或接地线)为基准进行1P2W接线。

在接线设置画面中，将各通道的接线方式设定为1P2W×五相(N相电机需设置1P2W×N相对应的通道)。

统一5个测量通道的同步源(图中统一为CH1的电压)。

通过UDF设置各相功率的总和，以显示五相电机的总功率。图中设定为 P总= P1 + P2 + P3 + P4 + P5 。

N相电机需设置N相功率的总和。

例 2 |开绕组电机(六相双逆变器)

开绕组电机的有功功率可通过以下公式表示，即初级侧与次级侧功率之和：

P总= P(初级侧有功功率)+ P(次级侧有功功率)

如图所示，测量以接地线为基准的初级侧与次级侧各自的相电压。电流传感器分别从逆变器侧朝电机负载方向连接(图中按逆变器1→电机负载、逆变器2→电机负载的电流方向连接)。

通常，电池(电源)的负极与大地处于断开状态。这种情况下，将各通道以共同电位为基准接线，可避免受系统GND 电位差的影响，实现精准测量。

图中以逆变器初级侧的框架接地线作为基准。

在接线设置画面中，分别为初级侧、次级侧选择3P4W接线方式(图中初级侧选择CH1～CH3，次级侧选择CH4～CH6)。

统一所有测量通道的同步源(图中统一为初级侧的电压)。

通过UDF设置各相功率的总和，以显示总功率。图中设定为P总= P123 + P456。

例 3 |双三相电机(3 相电机 ×2)

双三相电机的有功功率可通过以下公式表示，即两套系统的功率之和：

P总 = P(系统1的功率)+ P(系统2的功率)

以1台逆变器 和 1台三相电机为1组，对两套系统的功率进行测量。

• 3P3W3M的接线方式及接线画面

接线方式如下所示。

图中，将系统1设定为CH1～CH3，系统2设定为CH4～CH6。

• 3P4W的接线方式及接线画面

接线方式如下所示。理想情况下应以中性点为基准，但由于中性点通常难以引出，因此实际以电机机壳(或接地线)作为基准。

图中，将系统1设定为CH1～CH3，系统2设定为CH4～CH6。

统一两套系统对应通道的同步源(图中统一为系统1的电压)。

利用UDF功能分别对两套系统的功率进行汇总测量。右图中设定为P总= P123 +P456。

总结

随着电机技术的高度发展，预计今后以五相、六相为代表的多相电机将日益普及。通过本应用案例介绍的方法，即使 在多相结构下也能实现精准的功率测量，从而更可靠地实现多相电机功率特性的高精度评估，以及开发阶段的性能分析与效率提升。