功率分析仪 PW8001多相电机的功率测量方法-电子发烧友网

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。