PKC7150高頻電流探頭在工業(yè)伺服電機驅動器相電流測試中的應用方案

一、客戶背景與測試需求

客戶行業(yè)：工業(yè)自動化設備制造商，專注于高性能伺服系統(tǒng)研發(fā)。

測試需求：該客戶正在開發(fā)新一代伺服電機驅動器，需要對其輸出三相電流進行精確測試，以優(yōu)化控制算法和保護機制。

具體需求包括：

大電流測量能力：伺服電機額定相電流有效值達120Arms，峰值電流可能超過200Apk，需要安全可靠地測量。

帶寬與動態(tài)響應：PWM開關頻率為15kHz，但電流環(huán)控制帶寬和故障瞬態(tài)要求探頭能準確捕捉快速變化的電流信號。

高精度要求：為實現(xiàn)高精度轉矩控制，電流測量精度需優(yōu)于±2%，分辨率至少達到10mA級別。

系統(tǒng)兼容性：需與客戶實驗室現(xiàn)有的主流示波器兼容，無縫集成到現(xiàn)有測試平臺。

安全要求：驅動器母線電壓高達600VDC，測量必須滿足CAT II 600V安全標準。

二、測試系統(tǒng)完整配置方案

基于PKC7150的優(yōu)異技術參數(shù)，配置如下完整測試系統(tǒng)：

核心測量設備：高頻電流探頭：PRBTEK PKC7150（3套）

關鍵參數(shù)：

帶寬：DC - 15MHz（滿足15kHz PWM及其高次諧波測量）

上升時間：≤24ns（可準確捕捉電流快速變化）

電流量程：雙量程，30A量程（0.1V/A，分辨率10mA），150A量程（0.01V/A，分辨率100mA）

連續(xù)電流：150Arms（留有25%安全裕度）

峰值電流：300Apk（滿足瞬態(tài)過流測試）

精度：±1% ±10mA（30A量程）/ ±1% ±100mA（150A量程）

安全等級：600V CAT II / 300V CAT III

示波器系統(tǒng)：Tektronix MDO34混合域示波器（1臺）

帶寬：200MHz（遠高于探頭帶寬）

采樣率：2.5GS/s

通道數(shù)：4通道（可同時測量三相電流和一路電壓）

輸入阻抗：1MΩ（完美匹配PKC7150的終端負載要求≥100kΩ）

配備功率分析軟件包（PWR選項）

配套設備：

探頭電源：PKC7150標配DC 12V/2A適配器（3個）

高精度電壓探頭：Tektronix THDP0200高壓差分探頭（1套，用于測量母線電壓）

伺服驅動測試平臺：客戶定制，額定功率7.5kW

負載模擬器：磁粉制動器（可模擬動態(tài)負載）

安全設備：CAT II 600V絕緣手套、絕緣墊、護目鏡

三、系統(tǒng)搭建與配置

物理連接：將三個PKC7150探頭分別鉗在伺服驅動器U、V、W三相輸出線上

每個探頭通過1米BNC線連接至示波器CH1、CH2、CH3通道（探頭主機延時41ns + BNC線延時5ns = 總延時46ns，在示波器中設置通道延時補償）

THDP0200差分探頭連接示波器CH4，測量直流母線電壓

所有探頭使用標配12V適配器獨立供電

搭建絕緣測試環(huán)境，確保所有設備接地良好

儀器設置：

示波器設置：

輸入阻抗：1MΩ

采樣率：500MS/s（滿足15MHz帶寬要求）

存儲深度：10M點（可記錄長時間動態(tài)過程）

觸發(fā)設置：邊沿觸發(fā)，觸發(fā)源為CH1

PKC7150設置：

根據(jù)測試需求選擇量程：正常工作時使用150A量程，精細分析時切換至30A量程

執(zhí)行探頭消磁與調零程序（按下“消磁自動調零”按鈕）

四、測試方法與流程

測試準備階段：

安全確認：確認所有連接正確，絕緣措施到位

探頭校準：在不夾持導線狀態(tài)下進行消磁調零

量程選擇：根據(jù)預期電流值選擇合適量程（150A量程用于主測試）

具體測試項目：

穩(wěn)態(tài)性能測試：

驅動伺服電機在額定轉速、額定負載下運行

記錄三相電流波形，測量有效值、峰值、相位關系

驗證電流平衡度（目標：三相不平衡度<3%）

動態(tài)響應測試：

施加階躍負載轉矩，觀測電流響應

測量電流環(huán)帶寬（通過頻率響應測試）

分析電流波形失真度

過流保護測試：

模擬負載突變，觸發(fā)驅動器過流保護

捕捉過流發(fā)生瞬間的電流波形

驗證過流報警功能（PKC7150過流報警值：30A量程≥30Apk，150A量程≥300Apk）

效率測試：

同時采集三相電流和直流母線電壓

使用示波器功率分析軟件計算輸入功率

結合輸出機械功率計算系統(tǒng)效率

五、測試結果與分析

經過全面測試，PKC7150在伺服驅動器測試中表現(xiàn)優(yōu)異：

精度驗證結果：

在30A量程下，實際測量誤差僅±0.8%，優(yōu)于標稱±1%

在120Arms額定電流下，測量重復性誤差<0.5%

150A量程下，200Apk峰值電流測量準確，無飽和現(xiàn)象

動態(tài)性能測試：

成功捕捉到PWM調制細節(jié)（15kHz載波清晰可見）

電流環(huán)階躍響應上升時間測量準確，與仿真結果吻合度>95%

過流保護觸發(fā)時刻的電流瞬態(tài)波形完整清晰

關鍵數(shù)據(jù)匯總：

安全性能驗證：

在600VDC環(huán)境下連續(xù)工作4小時無異常

探頭表面溫升<20℃

過流報警功能及時有效

六、應用總結

本方案不僅適用于伺服驅動器測試，同樣可用于變頻器、UPS、新能源逆變器等中功率電力電子設備的電流測量，具有廣泛的適用性。

通過本方案的實施，客戶成功解決了伺服驅動器相電流精確測量的難題，為產品性能優(yōu)化和可靠性驗證提供了強有力的測試手段。PKC7150以其優(yōu)異的性能表現(xiàn)證明了其在中大電流、高頻響應用場景中的價值，是工業(yè)電力電子測試的理想選擇。

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