在逆變器驅(qū)動電機的復(fù)雜波形測量中，如何準確測量失真波形的電壓有效值或功率值？高采樣率、高精度的功率測量儀器無疑是工程師的必備工具。但你是否受過這樣的困擾——怎樣同步進行波形觀測與數(shù)據(jù)保存，并進行分析計算？雖然高精度功率分析儀WT5000具有可以連續(xù)輸出波形數(shù)據(jù)的DS功能選項，但并未提供利用這些波形數(shù)據(jù)來計算電壓值、電流值或功率值的方法。此時，橫河集成軟件平臺IS8000就有用武之地了。IS8000與WT5000雙劍合璧，可以在嚴格確保電壓值（有效值）和功率值（平均值）精度的前提下以數(shù)據(jù)為粘合劑，實現(xiàn)聯(lián)動測試的更多可能。接下來我們將為您詳細解讀這一集成方案。
WT5000的數(shù)據(jù)流輸出(DS)功能
DS功能（選項）是一種可以將輸入到WT5000的波形信號以連續(xù)或數(shù)值同步的方式輸出到PC的功能。其中可連續(xù)輸出（數(shù)據(jù)流輸出）到PC的波形信號為全電壓、全電流、電機（轉(zhuǎn)速、扭矩）信號。同時鑒于WT5000的采樣率為10MS/s，因此它可以將簡單且稀疏的波形數(shù)據(jù)輸出到PC。
此外，受波形數(shù)以及10kS/s-2MS/s的采樣率范圍限制，該功能還配備了可用于編程的通信命令，便于用戶將相關(guān)數(shù)據(jù)輕松導(dǎo)入監(jiān)控軟件WTViewerE或集成軟件平臺IS8000 ，以進行數(shù)據(jù)保存和CSV轉(zhuǎn)換。
IS8000的周期統(tǒng)計運算
IS8000的周期統(tǒng)計運算是一種使用示波記錄儀的波形測量儀器或WT5000的DS功能以獲取波形數(shù)據(jù)并計算得出相關(guān)參數(shù)的功能。在運行過程中，設(shè)備將根據(jù)波形數(shù)據(jù)中所包含的周期信號計算出每一個周期的波形參數(shù)包括：與電壓縱軸相關(guān)的運算項目（Peak to Peak/Amplitude/Maximum/Minimum等）、與時間橫軸相關(guān)的運算項目（Rise/Fall/Frequency/Period等）以及與面積相關(guān)的運算項目（Integ1TY/Integ2TY/Integ1XY/Integ2XY）。
在這些項目中，與縱軸相關(guān)的運算項目即有效值RMS，以及瞬時電壓和瞬時電流相乘得到的瞬時功率的平均值（AVERAGE）均可通過檢測周期獲取精度較高的運算結(jié)果。而對于指定信號，其檢測周期的方法也將取決于遠端/中端/近端各線的設(shè)置，包括輸入信號0至100的“%”設(shè)置，或可輸入任意數(shù)值的物理量的“Unit”設(shè)置（詳情可參見圖1）。
圖1 周期檢測的線設(shè)置
如何設(shè)置有效值和功率值的運算？
接下來我們將以設(shè)置有效值與功率值的運算步驟為線索，為您介紹這一方案的具體操作步驟：
01 啟用DS功能
鑒于WT5000的最大采樣率為10MS/s，而DS功能的最大采樣率卻不到主機采樣率的1/5，僅為2MS/s，因此用戶需在IS8000的DAQ (WT)設(shè)置界面中啟用DS功能，并如圖2所示盡可能設(shè)置高采樣率以獲得波形數(shù)據(jù)。
圖2 IS8000中的DS功能設(shè)置
02 使用MATH功能
對于所得的波形數(shù)據(jù)，請用戶參照圖3，使用MATH功能將電壓與電流相乘。
圖3 在MATH1中設(shè)置瞬時功率運算時IS8000界面的運算公式設(shè)置
03 選擇周期統(tǒng)計運算
選擇周期統(tǒng)計運算——接下來，用戶即可在波形參數(shù)設(shè)置中選擇周期統(tǒng)計運算。鑒于電壓(WU1)和電流(WI1)均為有效值，因此請選擇Rms選項。而當用戶需要取瞬時功率的平均值時，則可在Math1中選擇Avg，其界面如圖4所示。
圖4 IS8000中的周期統(tǒng)計運算設(shè)置
04 精確檢測周期
為了更為精確地檢測周期，用戶應(yīng)在通道設(shè)置中選擇噪聲最小、最接近正弦波的波形，并參考圖5設(shè)置遠端/中端/近端的各線。
圖5 IS8000中的通道設(shè)置
集成方案的測試驗證
那么配有DS選件的WT5000與IS8000集成軟件的強強組合，究竟能否幫用戶獲取精準可靠的測試數(shù)據(jù)呢？我們借助交流功率校準儀LS3300以及PWM逆變器來進行實測驗證。如圖6所示，我們先將LS3300與WT5000相連。由于是基準輸入，因此WT5000的測量結(jié)果與設(shè)定值一致。
圖6 LS3300與WT5000的連接
圖7 WT5000主機對LS3300輸出的測量結(jié)果
圖8 將電流波形作為周期檢測信號時IS8000的周期統(tǒng)計運算結(jié)果
綜合圖7和圖8的測試情況可知，使用WT5000的DS功能輸出的波形數(shù)據(jù)，在經(jīng)過IS8000周期統(tǒng)計運算后所輸出的平均值結(jié)果，與直接使用WT5000所獲取的測量結(jié)果幾乎一致!接下來，我們還將根據(jù)WT5000主機的測量值驗證PWM逆變器的輸出。鑒于電壓型PWM逆變器的電壓波形為脈沖狀波形，設(shè)備很難檢測基波頻率的周期。此外電流波形上所疊加的載波頻率的三角波，在微小輸入的情況下更易產(chǎn)生噪聲，這也從側(cè)面增加了周期檢測的難度。在驗證過程中，我們向空閑的輸入元件（CH4）輸入更接近正弦波的電流，如圖9所示，并對該輸入啟用線路濾波器以獲取噪聲較小的正弦波，將其設(shè)置為周期檢測信號再與周期統(tǒng)計運算的默認設(shè)置“Own”進行對比。
圖9 本次的連接方法
圖10 WT5000中的測量結(jié)果
（逆變器的電壓波形(U1)、電流波形(I1)、啟用周期檢測用線路濾波器后的電流波形(I4))
此外我們可以從圖10中發(fā)現(xiàn)，WT5000的測量值就是與IS8000的周期統(tǒng)計運算進行比較的參考值，且進行周期檢測的單元4的波形幾乎是正弦波，相較于噪聲較多的PWM脈沖狀單元1的電流波形，更容易判斷零交叉點。
圖11 將CH4波形用于周期檢測時的測量結(jié)果
圖12 將波形檢測設(shè)置為默認Own進行運算的結(jié)果（功率值差異很大）
由圖11、12可知聯(lián)合WT5000和IS8000，用戶可在更多應(yīng)用場景下進行可靠的數(shù)據(jù)挖掘。
