手持示波表在工业现场波形检测中的应用

前言：

电力电子电源在当今社会环境下应用及其广泛，建筑照明、工业生产、交通运输、新能源发电、IT设备、航天军工、甚至消费电子等等，无一例外能离开电源技术。

有从事功率开关器件、电子元器件及芯片等研发的电源工程师，更有电源整体系统的研发、生产、质检工程师，不管哪些细分领域，电信号的波形检测的应用都很普遍，台式示波器也是电源工程师桌面的一款基础的测试工具，几乎人手一台。除了研发实验室和工厂内部测试，目前越来越多的现场波形测试需求，主要用于电源的维护和故障排查。

01手持示波表还是台式示波器，如何选择？

从设计、性能、应用场景等多维度对比两者的核心差异，帮助您快速确定适合类型

1基础特性对比

2性能参数对比

3核心应用场景对比

总结：根据场景选工具，效率与精度兼得！

手持示波表=工业现场的“瑞士军刀”：牺牲部分性能，换取便携性、安全性及环境适应性。推荐：Fluke 190-III系列型号

台式示波器=实验室的“精密显微镜”：以高性能和丰富功能满足深度分析需求。

02手持示波表的独特优势

1便携性与环境适应性

轻量化设计：可单手持握，攀爬电柜、穿梭产线毫无压力。

电池续航：支持一天现场工作需求，无电源线束缚。

防护等级：防尘防水，耐受极端环境，无惧油污、粉尘等恶劣场景。

2高安全等级设计

CAT III/IV认证：各个通道完全隔离，电压高达1000V CAT III/600V CAT IV，确保高压环境下的操作安全。

知识扩展：CAT标识的意义？

一般在万用表、电信号测试仪器甚至是探头上都会看到标有CAT X xxxV的字样，这些标识是什么意思？

CAT是安全规范规定的过压等级，后面第一个数字是等级环境，从I~Ⅳ，第二个是电压等级，用电压幅值表示，单位V。

测量工具的安全等级场景定义

Ⅰ类是小电流等级，比如有隔离变压器或电池供电的小功率设备(eg.电蚊拍)，任何源自高绕组电阻变压器的高压、低能量源，例如复印机的高压部分

Ⅱ类是一般的家用电器或者手持工具，比如220V市电插座

Ⅲ类是三相供电环境，固定安装的设备，如开关设备和三相电机。工业厂房中的总线和馈线，以及馈线和配电板设备。大型建筑物中的照明系统(请注意，这些尽管是单相的，但仍为III类)。商业和工业应用中的大多数电机和驱动系统都是CAT III 600V测量类别

Ⅳ类，所有Ⅲ类以上，比如室外的配电箱、输电线。公用设施和室外连接的三相电源，包括电表和初级过流保护设备，建筑物之间的架空线

浮地测量：支持差分输入，避免接地回路干扰，保障人员和设备安全。

3多功能集成，一机多用

三合一功能：集示波器、万用表、无纸记录仪于一体，可同步测量电压、电流、频率、谐波等参数。

智能分析：自动触发(如Fluke Connect-and-View)、谐波分析、功率计算，减少人工设置时间。

03工业现场核心波形检测需求

1变频器与电机驱动系统

检测目标：PWM波形畸变、IGBT开关特性、直流母线电压纹波。

痛点解决：通过高带宽(200MHz+)和采样率(5GS/s)，精准捕捉变频器输出瞬态过冲，预防电机烧毁。

2工业总线与通信信号

检测目标：CAN总线、RS-485信号完整性、过渡时间与失真。

痛点解决：BusHealth功能(如Fluke 125B)自动评估信号质量，诊断线路接触不良或端接错误。

3瞬态故障与间歇性异常

检测目标：继电器触点抖动、雷击浪涌、静电放电脉冲。

痛点解决：长时记录模式(支持14天存储)结合阈值触发，捕捉随机故障波形(如某化工厂通过Fluke 120B发现0.2秒电压暂降导致PLC宕机)。

04典型应用场景与案例

1汽车制造：电机控制与总线检测

场景：焊接机器人因CAN总线信号失真误动作。

方案：触发捕获震荡信号，定位屏蔽层接地不良。

2新能源电站：光伏逆变器谐波治理

场景：逆变器输出谐波超标导致变压器过热。

方案：Fluke 190-III测量5次、7次谐波含量，加装APF滤波器后THD从12%降至3%。

3轨道交通：供电系统瞬态分析

场景：地铁牵引变电所频繁跳闸。

方案：捕获接触器分闸瞬间2kV浪涌，加装RC吸收电路后故障率下降90%。

4石油化工：防爆环境安全监测

场景：防爆区域电机轴电流引发轴承腐蚀。

方案：测量轴电压(<8V)，通过加装绝缘处理阻断电流通路。

05选型与使用建议

1关键性能参数

带宽与采样率：工业场景建议≥100MHz带宽、1GS/s采样率(如Fluke 190-III-104满足变频器高频信号需求)。

存储深度：≥2Mpts，确保复杂波形细节不丢失。

2安全操作规范

探头匹配：高压场景使用CAT III 1000V探头(如Fluke 10:1衰减探头)。

隔离验证：测量前确认通道间隔离电压，避免共地风险。

06快速定位和排查故障或问题，从哪儿入手？

根据故障现象初步判断故障部位及可能的原因，选择合适的测试仪器功能和指标要求。

大多数故障排除需要从发现问题的设备或单元级别开始。然后在问题所在的电路板/模块和组件级别执行故障排除。

即使在找到组件级问题后，也要测试系统级别排除系统中可能存在的潜在问题。

1常见测试：变频控制电机系统

在工业现场使用很普遍，也是容易频繁出现故障的设备，如何快速排障比较困扰电气工程师。

基本原理：三相交流电整流至直流， 滤除残余纹波或干扰， 直流电压通过电子开关的脉宽调制产生输出PWM波形信号，即电压和频率可变的信号，控制电机产生负载需要的扭矩，控制机械负载。

电源输入：来自配电系统的三相交流供电

需要检测：电源电压、电流和频率、电压和电流不平衡、电压瞬变、浪涌电流、谐波含量、这些都是可能影响控制器正常工作的基本参数。

驱动电源：将三相交流电经整流和逆变转换成负载需要的输出

需要检测：整流后的直流母线电压、直流电压的纹波含量、输出电压和电流不平衡 、∑电流和 PE 电流、输出的PWM波形复杂波形检测，输出信号是否有过压过流、 谐波含量 、V/Hz比、监测电压是否存在波动及中断。

电机和负载部分：将电能转换成机械能

需要检测：电机输入电源质量，是否存在谐波含量过高？是否存在导致电机绝缘损坏的过电压？检测电机轴端是否存在轴电压和轴承电流？是损坏轴承的一大原因。

2常见的故障

电压电流值超标

电压幅值在标称电压的±10%范围内是的。监测是否发生骤升骤降、中断，这些都会导致设备异常停机。

检查电路负载与断路器的额定电流是否匹配。高电流负载可能导致驱动器输入端的电压偏低。局部电路电流过载会导致故障，供电线路的导线尺寸限制了电流大小，过载会导致线缆烧断，需要查看电缆尺寸是否符合要求。

根据实际记录的冲击电流值重新整定断路器动作电流设定值。

电动机安装时分析、判断过电流继电器的动作情况、继电保护装置动作电流与时间值的整定。

IEC/GB标准均规定了“冲击电流”的测量方法：断路器动作值应低于现场设备正常启动的“冲击电流”最大值。

瞬态电压

输入电机的瞬态过电压会击穿电机绕组绝缘造成电机毁坏，在电机电源处测试的仪器需要具备CATIV安全等级，另外示波表具备高采样率，可以设置阈值，长时监测并捕捉不易觉察的过电压。

谐波

过大的谐波会导致过热、绝缘失效、设备损坏、电能得不到高效的利用。

MDA550电机驱动分析仪引导式测试界面

谐波分析

轴承经常损坏，电机轴端可能存在轴电压和轴电流

测试轴电压：变频调速驱动器产生的电压脉冲在电机的定子和转子间发生耦合，会在转子轴上出现电压。几伏的轴电压也会有轴电流放电，造成轴承损坏。

直流母线纹波电压过大

检查纹波电压可以评估整流环节的滤波效果。

1.纹波电压小表示滤波效果好，大，有可能电机负载规格不合适，也可能预示着电容器故障。

2.如果不同相的纹波峰值不同，则其中一个整流器可能出现故障。

3.纹波电压超过40V可能由电容器故障引起，或者驱动器额定值对于所连接的电机和负载而言过低。

变频电源调试

测量V/F值：

偏高，会导致电机过热，温度上升10度，可使定子绝缘寿命降低 50%。

偏低，无法输出负载所需的扭矩。

结束语：手持示波表——工业现场智能运维的“第三只手”

从产线电机、控制系统(输入输出、电路板)到电网关键节点，手持示波表以便携性、安全性、智能化三大核心优势，成为工业现场不可或缺的故障排查利器。

让每一份测试数据和波形图，都成为设备健康的“心电图”！

—— 为工业赋能，为安全护航 ——