前言：

電力電子電源在當(dāng)今社會(huì)環(huán)境下應(yīng)用及其廣泛，建筑照明、工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、新能源發(fā)電、IT設(shè)備、航天軍工、甚至消費(fèi)電子等等，無(wú)一例外能離開(kāi)電源技術(shù)。

有從事功率開(kāi)關(guān)器件、電子元器件及芯片等研發(fā)的電源工程師，更有電源整體系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)、質(zhì)檢工程師，不管哪些細(xì)分領(lǐng)域，電信號(hào)的波形檢測(cè)的應(yīng)用都很普遍，臺(tái)式示波器也是電源工程師桌面的一款基礎(chǔ)的測(cè)試工具，幾乎人手一臺(tái)。除了研發(fā)實(shí)驗(yàn)室和工廠內(nèi)部測(cè)試，目前越來(lái)越多的現(xiàn)場(chǎng)波形測(cè)試需求，主要用于電源的維護(hù)和故障排查。

01手持示波表還是臺(tái)式示波器，如何選擇？

從設(shè)計(jì)、性能、應(yīng)用場(chǎng)景等多維度對(duì)比兩者的核心差異，幫助您快速確定適合類型

1基礎(chǔ)特性對(duì)比

2性能參數(shù)對(duì)比

3核心應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)比

總結(jié)：根據(jù)場(chǎng)景選工具，效率與精度兼得！

手持示波表=工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的“瑞士軍刀”：犧牲部分性能，換取便攜性、安全性及環(huán)境適應(yīng)性。推薦：Fluke 190-III系列型號(hào)

臺(tái)式示波器=實(shí)驗(yàn)室的“精密顯微鏡”：以高性能和豐富功能滿足深度分析需求。

02手持示波表的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)

1便攜性與環(huán)境適應(yīng)性

輕量化設(shè)計(jì)：可單手持握，攀爬電柜、穿梭產(chǎn)線毫無(wú)壓力。

電池續(xù)航：支持一天現(xiàn)場(chǎng)工作需求，無(wú)電源線束縛。

防護(hù)等級(jí)：防塵防水，耐受極端環(huán)境，無(wú)懼油污、粉塵等惡劣場(chǎng)景。

2高安全等級(jí)設(shè)計(jì)

CAT III/IV認(rèn)證：各個(gè)通道完全隔離，電壓高達(dá)1000V CAT III/600V CAT IV，確保高壓環(huán)境下的操作安全。

知識(shí)擴(kuò)展：CAT標(biāo)識(shí)的意義？

一般在萬(wàn)用表、電信號(hào)測(cè)試儀器甚至是探頭上都會(huì)看到標(biāo)有CAT X xxxV的字樣，這些標(biāo)識(shí)是什么意思？

CAT是安全規(guī)范規(guī)定的過(guò)壓等級(jí)，后面第一個(gè)數(shù)字是等級(jí)環(huán)境，從I~Ⅳ，第二個(gè)是電壓等級(jí)，用電壓幅值表示，單位V。

測(cè)量工具的安全等級(jí)場(chǎng)景定義

Ⅰ類是小電流等級(jí)，比如有隔離變壓器或電池供電的小功率設(shè)備(eg.電蚊拍)，任何源自高繞組電阻變壓器的高壓、低能量源，例如復(fù)印機(jī)的高壓部分

Ⅱ類是一般的家用電器或者手持工具，比如220V市電插座

Ⅲ類是三相供電環(huán)境，固定安裝的設(shè)備，如開(kāi)關(guān)設(shè)備和三相電機(jī)。工業(yè)廠房中的總線和饋線，以及饋線和配電板設(shè)備。大型建筑物中的照明系統(tǒng)(請(qǐng)注意，這些盡管是單相的，但仍為III類)。商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用中的大多數(shù)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都是CAT III 600V測(cè)量類別

Ⅳ類，所有Ⅲ類以上，比如室外的配電箱、輸電線。公用設(shè)施和室外連接的三相電源，包括電表和初級(jí)過(guò)流保護(hù)設(shè)備，建筑物之間的架空線

浮地測(cè)量：支持差分輸入，避免接地回路干擾，保障人員和設(shè)備安全。

3多功能集成，一機(jī)多用

三合一功能：集示波器、萬(wàn)用表、無(wú)紙記錄儀于一體，可同步測(cè)量電壓、電流、頻率、諧波等參數(shù)。

智能分析：自動(dòng)觸發(fā)(如Fluke Connect-and-View)、諧波分析、功率計(jì)算，減少人工設(shè)置時(shí)間。

03工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)核心波形檢測(cè)需求

1變頻器與電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

檢測(cè)目標(biāo)：PWM波形畸變、IGBT開(kāi)關(guān)特性、直流母線電壓紋波。

痛點(diǎn)解決：通過(guò)高帶寬(200MHz+)和采樣率(5GS/s)，精準(zhǔn)捕捉變頻器輸出瞬態(tài)過(guò)沖，預(yù)防電機(jī)燒毀。

2工業(yè)總線與通信信號(hào)

檢測(cè)目標(biāo)：CAN總線、RS-485信號(hào)完整性、過(guò)渡時(shí)間與失真。

痛點(diǎn)解決：BusHealth功能(如Fluke 125B)自動(dòng)評(píng)估信號(hào)質(zhì)量，診斷線路接觸不良或端接錯(cuò)誤。

3瞬態(tài)故障與間歇性異常

檢測(cè)目標(biāo)：繼電器觸點(diǎn)抖動(dòng)、雷擊浪涌、靜電放電脈沖。

痛點(diǎn)解決：長(zhǎng)時(shí)記錄模式(支持14天存儲(chǔ))結(jié)合閾值觸發(fā)，捕捉隨機(jī)故障波形(如某化工廠通過(guò)Fluke 120B發(fā)現(xiàn)0.2秒電壓暫降導(dǎo)致PLC宕機(jī))。

04典型應(yīng)用場(chǎng)景與案例

1汽車制造：電機(jī)控制與總線檢測(cè)

場(chǎng)景：焊接機(jī)器人因CAN總線信號(hào)失真誤動(dòng)作。

方案：觸發(fā)捕獲震蕩信號(hào)，定位屏蔽層接地不良。

2新能源電站：光伏逆變器諧波治理

場(chǎng)景：逆變器輸出諧波超標(biāo)導(dǎo)致變壓器過(guò)熱。

方案：Fluke 190-III測(cè)量5次、7次諧波含量，加裝APF濾波器后THD從12%降至3%。

3軌道交通：供電系統(tǒng)瞬態(tài)分析

場(chǎng)景：地鐵牽引變電所頻繁跳閘。

方案：捕獲接觸器分閘瞬間2kV浪涌，加裝RC吸收電路后故障率下降90%。

4石油化工：防爆環(huán)境安全監(jiān)測(cè)

場(chǎng)景：防爆區(qū)域電機(jī)軸電流引發(fā)軸承腐蝕。

方案：測(cè)量軸電壓(<8V)，通過(guò)加裝絕緣處理阻斷電流通路。

05選型與使用建議

1關(guān)鍵性能參數(shù)

帶寬與采樣率：工業(yè)場(chǎng)景建議≥100MHz帶寬、1GS/s采樣率(如Fluke 190-III-104滿足變頻器高頻信號(hào)需求)。

存儲(chǔ)深度：≥2Mpts，確保復(fù)雜波形細(xì)節(jié)不丟失。

2安全操作規(guī)范

探頭匹配：高壓場(chǎng)景使用CAT III 1000V探頭(如Fluke 10:1衰減探頭)。

隔離驗(yàn)證：測(cè)量前確認(rèn)通道間隔離電壓，避免共地風(fēng)險(xiǎn)。

06快速定位和排查故障或問(wèn)題，從哪兒入手？

根據(jù)故障現(xiàn)象初步判斷故障部位及可能的原因，選擇合適的測(cè)試儀器功能和指標(biāo)要求。

大多數(shù)故障排除需要從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的設(shè)備或單元級(jí)別開(kāi)始。然后在問(wèn)題所在的電路板/模塊和組件級(jí)別執(zhí)行故障排除。

即使在找到組件級(jí)問(wèn)題后，也要測(cè)試系統(tǒng)級(jí)別排除系統(tǒng)中可能存在的潛在問(wèn)題。

1常見(jiàn)測(cè)試：變頻控制電機(jī)系統(tǒng)

在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用很普遍，也是容易頻繁出現(xiàn)故障的設(shè)備，如何快速排障比較困擾電氣工程師。

基本原理：三相交流電整流至直流， 濾除殘余紋波或干擾， 直流電壓通過(guò)電子開(kāi)關(guān)的脈寬調(diào)制產(chǎn)生輸出PWM波形信號(hào)，即電壓和頻率可變的信號(hào)，控制電機(jī)產(chǎn)生負(fù)載需要的扭矩，控制機(jī)械負(fù)載。

電源輸入：來(lái)自配電系統(tǒng)的三相交流供電

需要檢測(cè)：電源電壓、電流和頻率、電壓和電流不平衡、電壓瞬變、浪涌電流、諧波含量、這些都是可能影響控制器正常工作的基本參數(shù)。

驅(qū)動(dòng)電源：將三相交流電經(jīng)整流和逆變轉(zhuǎn)換成負(fù)載需要的輸出

需要檢測(cè)：整流后的直流母線電壓、直流電壓的紋波含量、輸出電壓和電流不平衡 、∑電流和 PE 電流、輸出的PWM波形復(fù)雜波形檢測(cè)，輸出信號(hào)是否有過(guò)壓過(guò)流、 諧波含量 、V/Hz比、監(jiān)測(cè)電壓是否存在波動(dòng)及中斷。

電機(jī)和負(fù)載部分：將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能

需要檢測(cè)：電機(jī)輸入電源質(zhì)量，是否存在諧波含量過(guò)高？是否存在導(dǎo)致電機(jī)絕緣損壞的過(guò)電壓？檢測(cè)電機(jī)軸端是否存在軸電壓和軸承電流？是損壞軸承的一大原因。

2常見(jiàn)的故障

電壓電流值超標(biāo)

電壓幅值在標(biāo)稱電壓的±10%范圍內(nèi)是的。監(jiān)測(cè)是否發(fā)生驟升驟降、中斷，這些都會(huì)導(dǎo)致設(shè)備異常停機(jī)。

檢查電路負(fù)載與斷路器的額定電流是否匹配。高電流負(fù)載可能導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器輸入端的電壓偏低。局部電路電流過(guò)載會(huì)導(dǎo)致故障，供電線路的導(dǎo)線尺寸限制了電流大小，過(guò)載會(huì)導(dǎo)致線纜燒斷，需要查看電纜尺寸是否符合要求。

根據(jù)實(shí)際記錄的沖擊電流值重新整定斷路器動(dòng)作電流設(shè)定值。

電動(dòng)機(jī)安裝時(shí)分析、判斷過(guò)電流繼電器的動(dòng)作情況、繼電保護(hù)裝置動(dòng)作電流與時(shí)間值的整定。

IEC/GB標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定了“沖擊電流”的測(cè)量方法：斷路器動(dòng)作值應(yīng)低于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備正常啟動(dòng)的“沖擊電流”最大值。

瞬態(tài)電壓

輸入電機(jī)的瞬態(tài)過(guò)電壓會(huì)擊穿電機(jī)繞組絕緣造成電機(jī)毀壞，在電機(jī)電源處測(cè)試的儀器需要具備CATIV安全等級(jí)，另外示波表具備高采樣率，可以設(shè)置閾值，長(zhǎng)時(shí)監(jiān)測(cè)并捕捉不易覺(jué)察的過(guò)電壓。

諧波

過(guò)大的諧波會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱、絕緣失效、設(shè)備損壞、電能得不到高效的利用。

MDA550電機(jī)驅(qū)動(dòng)分析儀引導(dǎo)式測(cè)試界面

諧波分析

軸承經(jīng)常損壞，電機(jī)軸端可能存在軸電壓和軸電流

測(cè)試軸電壓：變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的電壓脈沖在電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子間發(fā)生耦合，會(huì)在轉(zhuǎn)子軸上出現(xiàn)電壓。幾伏的軸電壓也會(huì)有軸電流放電，造成軸承損壞。

直流母線紋波電壓過(guò)大

檢查紋波電壓可以評(píng)估整流環(huán)節(jié)的濾波效果。

1.紋波電壓小表示濾波效果好，大，有可能電機(jī)負(fù)載規(guī)格不合適，也可能預(yù)示著電容器故障。

2.如果不同相的紋波峰值不同，則其中一個(gè)整流器可能出現(xiàn)故障。

3.紋波電壓超過(guò)40V可能由電容器故障引起，或者驅(qū)動(dòng)器額定值對(duì)于所連接的電機(jī)和負(fù)載而言過(guò)低。

變頻電源調(diào)試

測(cè)量V/F值：

偏高，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)過(guò)熱，溫度上升10度，可使定子絕緣壽命降低 50%。

偏低，無(wú)法輸出負(fù)載所需的扭矩。

結(jié)束語(yǔ)：手持示波表——工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)智能運(yùn)維的“第三只手”

從產(chǎn)線電機(jī)、控制系統(tǒng)(輸入輸出、電路板)到電網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，手持示波表以便攜性、安全性、智能化三大核心優(yōu)勢(shì)，成為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)不可或缺的故障排查利器。

讓每一份測(cè)試數(shù)據(jù)和波形圖，都成為設(shè)備健康的“心電圖”！

—— 為工業(yè)賦能，為安全護(hù)航 ——