自电机工程诞生以来，三相交流马达一直是工业领域的主力。它们可靠、高效、费效比高，需要少量维修或根本不需要维修。此外，交流马达（如感应马达和磁阻马达）无需与转子的电气连接，因此很容易实现阻燃，用于危险环境（如矿山）。

为了提供适当的交流马达速度控制，必须为马达提供三相电源，其电压和频率可以变化。这种电源将在定子中形成一个变速旋转磁场，使得转子按照所需的速度旋转，且滑动很小，如图1 所示。这个交流马达驱动器可以高效提供从零速到全速的全转矩，如果需要的话，还可以超速，而且通过改变相位旋转，可以很容易使马达双向运转。具有这些特点的驱动器称作脉宽调制马达驱动器。

交流马达驱动系统示意图

脉宽调制驱动器可以生成复杂波形，如在到马达的输出上，以及到驱动器的电源上。本博文将分两部分，探讨马达驱动器的电气测量话题。

2.对脉宽调制马达驱动器的测量

表1 给出了脉宽调制马达驱动器的典型测量。

表1. 常见的脉宽调制马达驱动器测量

3.马达输出测量

图1 说明，通过在马达输出轴安装转速和转矩传感器，可以对马达输出进行测量。

图1. 马达输出测量

3.1转矩和转速传感器

转矩和转速传感器生成的电信号与转矩和转速成正比。通过测量这些信号，可以确定马达的转速和转矩，从这些测量结果中可以计算马达输出功率。

3.2转矩

马达转矩是在其输出轴上形成的旋转力，它是一个扭力，其单位是牛顿米(Nm) 或英尺磅(1 英尺磅 =1.3558 Nm)。对于小型马达而言，其转矩额定值低于1 Nm；对于大型马达而言，其转矩额定值达到几千Nm。

通过旋转应变计以及利用固定接近、磁致伸缩和磁弹性传感器，可以测量转矩。这些传感器都是温度敏感型的。旋转传感器必须安装在转轴上，由于空间受限，这并非总能行得通。

为测量转矩，应变计往往直接安装在转轴上。由于转轴旋转，转矩传感器必须通过滑环、无线通信或电感耦合与外边世界耦合。

3.3转速

马达转速通常以每分钟转速(RPM) 来描述，即它在1分钟内沿固定轴旋转的完整圈数。

转速传感器输出可能是一个与转速成正比的模拟电压。更普遍的是，转速传感器输出是一个由马达转轴上圆盘生成的TTL 脉冲。通过测量TTL 信号频率，并应用比例因数，可以确定马达转速。

例如，如果转盘每转一圈生成n 个脉冲，那么每分钟转速(RPM) 可以计算为：

3.4实现转矩和转速测量与电气测量相结合

为了确定马达和驱动器组合的效率，必须考虑系统的电气输入以及在马达输出端生成的机械功率。马达输出功率是转矩和转速的乘积：

马达输出功率(W)= 转矩(Nm)× 转速( 弧度/ 秒)

= 转矩(Nm)× 转速(RPM)×

注意：1ft-lb=1.3558Nm( 牛顿米)

1HP=745.7W

通过以下公式，可以计算系统效率：

为了进行这些测量，PA4000 包括传感器输入端，用于连接转矩和转速传感器。通过测量驱动器输入端消耗的电力、以及马达输出端的转矩和转速，使用一台仪器就可以测量出系统效率。

4.驱动器输出测量

脉宽调制驱动器的输出波形非常复杂，由一系列高频分量( 因载波) 和低频分量( 因基波) 组合而成。

对大多数功率分析仪来说，这带来的问题是：如果在高频测量，那么波形中的低频信息将丢失；如果滤除脉宽调制波形在低频测量，那么高频数据将丢失。这个难题的出现是因为在低频对波形进行调制。因此，高频测量( 如总电压有效值、总功率等) 必须在高频处进行，但必须超出输出波形低频分量的整数倍。

泰克PA4000 功率分析仪利用脉宽调制输出测量的特殊工作模式克服了这个难题。它对数据进行高速采样，并实时计算总体数量，包括所有谐波和载波分量。与此同时，对采样数据进行数字化滤波，提供低频测量，如输出频率的基波分量和测量。

图2. 高精度PA4000 测量技术

除了从同一测量中获得低频和高频结构外，该技术允许高频测量与低频信号同步，这是提供精确和稳定的高频测量结果的唯一方法。

图3. 测得的一个马达绕组两端的净电压

根据测量的输出频率范围，滤波器的选择方案有3 种，参见表2。

表2. 脉宽调制马达驱动器系统内不同频率范围应用的滤波器

滤波器的选择并不影响较高频率分量的测量，因为这些测量是通过未经过滤的数据进行的。不过，为了优化低频测量结果，您应当为应用选择正确的滤波器。

5.使用PA4000示波器测量驱动器输出

该仪器通过三相三线配置连接至输出。( 又称作两表法。关于两表法的更多信息，请参见应用指南：三相测量原理。) 对于输出电流高达30A 的脉宽调制驱动器，PA4000 可以通过其内部电流分流器，直接与驱动器输出相连，如图4 所示。