能否用直流电压挡测量变频器的输出电压？

      能否用直流电压挡测量变频器的输出交流电压？

   有一名徒弟听说有的师傅用万用表的直流电压挡，来测量变频器的交流输出电压，并由此判断逆变模块的好坏，甚至能判断出是哪一只（臂）逆变模块的好坏，更甚至能判断出逆变模块的性能变劣现象，比用交流挡测量，更为直观和有效。
   用直流挡测量交流电压，能行吗？会不会烧坏万用表？这位徒弟感到心里没底，于是问自己的师傅：能否用直流电压挡测量变频器的输出电压？
   师傅说：你觉得呢？师傅思忖了一会儿，又反问徒弟：假如用直流挡能测交流电压，那为何万用表还要分出直流挡和交流挡呢？师傅这是以问代答。徒弟想想也是，师傅说的有道理，自己反驳不了。但不解其中奥妙，心里还是郁闷着，找自己的师兄弟们商讨，大家七嘴八舌，有的说中，有的说不中，也没个统一意见。
   第二天，车间内正好有一台好的变频器，一位师兄拿出自己的MF47型指针万用表，打到直流500V挡位，这样吧，俺当第一个吃螃蟹的人，要是烧坏了我的表，对大家也是个教训，要想知道梨子的滋味，还是应该尝一尝的好。
   师弟将变频器接好电源线，师兄将万用表笔搭接到变频器的U、W输出端子上。师弟启动了变频器，启动初始阶段，频率较低，看到万用表的表针来回摆动，随着启动频率的上升，表针的摆动速率加快，摆幅变小，15赫兹以上后，只看出表笔在0V位置极微小的急速小幅摆动，频率再上升时，表针稳在零位，几乎就看不出摆动了。师兄换了测量端子，分别将U、V、W三相输出电压测了一遍，都是这种情况：变频器若处于正常状态，所测直流电压应当为零，而且不会损坏万用表。
   师兄弟们继续深思了一番，如果用直流挡所测电压值不为零，则反过来说明，变频器是有故障的了，那么如何据测量结果判断逆变模块的故障呢？这是应该继续深思的一个问题。但眼下的问题是：用直流挡测交流，为何不会烧万用表呢？
   带着这个问号，他们又去询问另一位师傅。

   他们请教的这位师傅为李师傅，李师傅瞅了他们几个一眼：不是我批评你们几个啊。你们只要找出万用表的说明书和电路图仔细看一下分析一下，就知道用直流档测量交流电压，只要是档位适宜，就不会烧坏万用表的。
   看来今天李师傅很有些兴致，便继续说到：说到万用表的测量原理，目前应用最多的一种为指针式万用表，一种为数字式万用表。就其基本原理——从表头的基本性质——来说，指针表的表头为一只磁电式直流电流表，一个重要参数为满刻度偏转电流值，一般为1mA以下，从几十uA到几百Ua，表头偏转电流又称为表头灵敏度，其单位为Ω/V或kΩ/V，此值当然是越小越好。表头偏转电流值为50uA的万用表，该表输入50uA直流电流时，表针偏转到满刻度处。灵敏度为20k/V。
   在测量中，无论输入多少伏的直流电压或多少安培的直流电流，最后输入表头的只能是0-50uA的直流电流值，超过50uA，即有可能烧坏表头，换句话说，表头偏转电流值为50uA的指针式万用表只能用来测量0-50uA范围内的直流电流，是一块直流电流表。
   电压测量是将输入电压信号经限流电阻转化为输入电流，来显示的。那么用来测量几百伏直流高电压时，根据测量值的高低，要在表头回路串接适宜数值的限流电阻，使流过表头的电流仍为50uA以内。如测量100V直流电压值，则表头输出回路的总电阻应为2000kΩ，若测量500V直流电压，则表头输入回路的总电阻值应为10000kΩ。可以明白，用直流电压挡的500V挡，测量变频器的交流输出电压，不管它是否能够测量出来，或测量是否准确，但万用表的测量回路电阻为10MΩ，电阻限制了表头电流，万用表不会被烧的，这一点是毫无疑问的。
   还是一种表为数字式万用表，表头系采用电子技术（专用IC芯片）制作的，其测量原理与指针式万用表有了本质上的不同。指针式万用表因需要直流电流驱动，产生电磁力而形成带动指针运动的偏转力，输入回路总会呈现一定的电阻值，并且随挡位变低，输入回路的电阻变小，万用表总要从测量回路吸取一定的电流。数字式万用表，输入回路的电阻较大，理论上可认为其无穷大，不需要从测量回路吸取电流，只是采集一个电压信号而已。数字表表头的基本量程一般为200mV，可将数字表看作是一块200mV量程的直流电压表。
   用数字表无论测量多少伏的直流电压，都得串接分压电阻，最后使输入数字表头的信号电压范围为0-200mV。若超出此范围，万用表会显示数值溢出。如果测量直流电流值的大小，利用电流采样电阻，将电流信号转化为0-200mV的电压信号，来进行电流显示的。

   李师傅讲到这里，相当于给这帮师兄弟们上了一堂万用表的基础课，这些知识其实以前也学过的，但就是没有掌握扎实，心中一直也糊里糊涂的，经李师傅一讲，有些明白。李师傅讲得高兴，也不待徒弟们提问，又自顾自地说了下去（大概李师傅平日里很是寂寞的，难得找到这么几个听众）：原则上讲，直流电流表或直流电压表，都仅能测量直流电流和直流电压，测量交流电压和交流电流时，就需要用一个二极管整流电路将输入交流信号整流成直流信号后，再送入显示表头了。既然 万用表既能测量直流电压，也能测量交流电压，说明交、直流信号有相通的性能，或者二者有共同的东西，一定条件下，交、直流是可以互相转换的，直流可以转变为交流，交流也可以转变为直流的，你们知道交、直流有共同或者说是“共通”的东西吗？
   李师傅话锋一转，突然提问起几个徒弟来。
   这个嘛，用整流器可以将交流转变为直流，用逆变器可以将直流转变成交流。徒弟小张回答。
   李师傅点了点头，显然对这个回答是基本满意的。
   但李师傅显然仍旧意犹未尽，又继续滔滔不绝地开讲下去，几位徒弟也听得比较上瘾，围拢着没有散去。
   李师傅接过徒弟递过的一杯水，喝了几口，润了下嗓子，有意提高了音量，说：从绝对观念上讲，电就是电，是一个能量生成和耗散的过程，本无交、直流之分！交流电正是由直流的正半波和负半波构成的，将交流电切成若干个时间段，从每一个时间段中再看电流的方向，每个时间段内的电压或电流，恰恰正是直流电！可将交流电认为是分段直流，或瞬时直流电。再看直流电，如果将直流电按一定规律瞬时通断，则成为脉冲直流电，其中有了交流成分。再进一步，从负载端若按一定频率将直流电的方向进行掉换，则负载所得供电电压与电流，则成为交流供电模式。所谓交、直流供电的差别，只是电流方向的固定和电流方向的变化而已。
   整流的作用，即是将方向变化的交流电，整流为方向固定的直流电，整流的过程，和一个菜贩子整理大葱的过程十分想似。菜贩子从批发商处批发的大葱，头尾混乱，一捆葱中，葱根和葱叶混混为一端，这好像是交流电的原貌，一个供电端的方向时而为正，时而为负，并不确定。菜贩子的清理工作，是使大葱的罗列有序化，葱根全部朝向一个方向，而葱叶全部朝向一个方向，二者有序而不混杂。现在待售葱捆的样子好像直流电的样子了。
   用万用表来测量交流电，是经过整流器对输入信号进入方向性的整理，才输入到显示（表头）电路的。
   徒弟们听到这里，对李师傅对整流电路的形象性解释，感到有趣，又问到本文开头所涉及到的问题，那么对直流电压挡测量变频器输出的交流电压，能否测量准确或到底有何意义呢？

   李师傅点燃了一根烟，深吸了一口，笑了笑说：其实用直流电压挡来测交流电压，是一件“乱步”的事情和非常之举，并非是要求得出交流电压的准确值。以指针式万用表（直流电流表）来说，输入信号为交变电流信号，频率极低时，指针的反应还来得及，随信号电流方向变化，指针来回大幅度摆动，这其实也可看出交流信号中的“直流成分”。当信号频率升高时，指针的机械偏转速度赶不上信号方向变化速度，指针只出现快速抖动，又因为正、反向电流信号方向相反，但幅度相等，使表针的正反向偏转力相等，也可以认为两个方向的“偏转力”相抵消，因而无论所测量交流电压的幅值有多高，但直流电压表表针的位置总在“稳”在0V的位置上。
   所以用直流电压挡测量变频器输出交流电压的目的，其实并不是测量交流电压的高低，交流电压的高低用直流挡根本也是测不出来的！如此测量只是为了检测变频器输出交流电压有无偏相、缺相等输出故障。是检测交流电压中直流成分的有无。如上所述，当每相交流电的正、负半波电压幅度相等时，表针能稳在OV位置上，一旦正、负半波电压值不对称，或有正半波而无负半波，则万用表输入信号变为直流电流，即能显示较大值的直流电压值！以此来判断变频器逆变模块或驱动电路故障，非常直观，比用交流挡测量更为有效。
   举例来说，如果测量变频器输出端U、V之间直流电压值为0V，但V、W之间有数百伏电压值，且V端为正、W端为负。说明U、V两相的驱动及逆变电路没有问题，故障出在W相驱动或逆变电路上，此为一；根据测量电压的正、负方向，进一步分析，可得出W相上臂IGBT管子（或模块）存在开路、断路或导通性能变劣现象，而下管IGBT管子（或模块）可能正常的故障判断，如果所测电压方向相反，则可判定为W相下臂IGBT管子不良。这一检测步骤为下一步的故障检查提供了方向。此为二；而最妙的是，根据直流电压幅度还可以判断出故障IGBT是断路还是存在导通内阻变大（性能变劣）的故障来。如V、W相间直流电压幅度基本上是满幅的，达500V左右，则证实故障IGBT基本上是断路的，或已呈现开路性损坏，或驱动电路因故障未输出激励电流，使IGBT处于截止状态。若所测直流电压值仅为几十伏或一、二百伏，则说明IGBT已经“导通”，但因导通状态不佳，出现导通内阻变大等器质性损坏，致使W相正、负半波不对称，而指示出直流电压成分！如V、W之间测得直流电压值为80V ，而W相为正电压，则说明W相下臂IGBT性能不良，因负半波电压幅度变小，出现正电压的“直流成分”。其原因，一是逆变模块本身不良，二为驱动电路的电流/功率输出能力降低。此为三。
   有此三好处，故使维修者（有的师傅）违反万用表使用常规，偏用直流电压挡来测量变频器的交流输出电压，也就顺理成章了。
   徒弟们听李师傅讲罢以上，心下豁然开朗，群情振奋，有人倡议，到酒馆喝上一壶，以示庆祝，于是众人簇拥李师傅，到本地“醉好酒家”喝酒去了。


                                               旷野之雪
2010年6月6日星期日