Upload
karol-bielecki
View
38
Download
6
Embed Size (px)
Citation preview
Pomiary w technice napędowej
Karol Bielecki
http://nis.com.pl/presentation,pomiary-w-technice-
napedowej,00O881AVUep4wa994pfC75zGcPn5ZPuC4de7o6Thhoy1svHrpl.html
Wykorzystywane w technice napędowej przetwornice częstotliwości ze względu na swój
charakter pracy są wyzwaniem z punktu widzenia pomiarów, które wykonywane są
celem dokonania diagnostyki przetwornicy, silnika i urządzeń z nimi skojarzonych.
Niejednokrotnie wykorzystanie dobrze znanego multimetru nie jest wystarczające i
konieczne staje się sięgnięcie po znacznie bardziej zaawansowane przyrządy
pomiarowe. W niniejszym artykule zostaną przedstawione praktyczne przykłady
pomiarów wielkości elektrycznych dokonywanych w technice napędowej.
Pomiar na zaciskach wejściowych przetwornicy częstotliwości
Celem tego pomiaru jest najczęściej zbadanie jakości energii elektrycznej, a co za tym idzie –
określenie wpływu prostownika zaimplementowanego w przetwornicy na parametry jakości
energii elektrycznej. W zależności od typu prostownika w różny sposób kształtowana będzie
zawartość wyższych harmonicznych w prądzie, co najczęściej wyrażane jest poprzez
współczynnik THDi. Jeśli wielkość tego współczynnika będzie zbyt wysoka, wówczas
konieczne jest zastosowanie dodatkowych filtrów pasywnych, a w niektórych przypadkach
warto rozważyć użycie filtra aktywnego. Do niniejszego pomiaru najczęściej
wykorzystywanym przyrządem jest analizator sieci (rys. 1). Za przykład można wziąć
analizator sieci Fluke 435-II, który jest analiaztorem w klasie A, co jednocześnie oznacza, że
jest on zgodny ze standartem IEC 61000-4-30. Warto również nadmienić, że w przyrządzie
tym zostało zaimplementowane wyzwalanie zdarzeniowe, dające możliwość rejestracji
przepięć, zapadów i wzrostów napięcia. Analizator ten w kalkulacji mocy i energii
uwzględnia również wyższe harmoniczne i asymetrię sieci jako moc zniekształceń, która
również obciąża i obniża efektywność systemu elektroenergetycznego.
Rys. 1. Pomiar na wejściu przetwornicy częstotliwości z wykorzystaniem analizatora sieci
O zawartości wyższych harmonicznych w napięciu zasilającym przetwornice może również
informować współczynnik CF, który jest stosunkiem wartości szczytowej napięcia do
wartości skutecznej. W przypadku, gdy wartość ta jest inna niż 1,414, może być to już
wystarczającą informacją o problemach związanych z jakością energii elektrycznej.
Pomiar na wyjściu prostownika
Pomiar ten mimo swojej prostoty jest w stanie dać wiele informacji diagnostycznych o pracy
samego prostownika, jak i o jakości energii elektrycznej zasilania przetwornicy. Do tego
pomiaru warto wykorzystać scopometr® (rys. 2), który pod względem funkcjonalności jest
połączeniem oscyloskopu oraz multimetru. W oscyloskopach wykorzystywane są szybkie
przetworniki analogwo-cyfrowe, które dokonują próbkowana badanego sygnału,
przetwarzając go w ten sposób na wartość cyfrową, która wyświetlana jest na ekranie
urządzenia. Dzięki temu na wyjściu szyny DC jesteśmy w stanie obserwować pulsy
prostownika. W przypadku, gdy amplitudy poszczególnych pulsów mają różne wartości,
możemy mieć do czynienia z asymetrią napięcia zasilającego. Jeśli liczba pulsów będzie
mniejsza niż 6 na okres (w przypadku prostownika 6-pulsowego), wówczas wskazywać to
będzie na pracę bez jednej fazy lub uszkodzenie jednej z diod prostowniczych.
Rys. 2. Pomiar na szynie DC przetwornicy częstotliwości z wykorzystaniem scopometru
Warto nadmienić, że w wielu typach przetwornic częstotliwości, szczególnie tych, w których
istnieje możliwość rekuperacji energii, napięcie na szynie DC może być wyższe niż 1000 V
DC. Pomiar napięcia stałego o takiej wartości jest możliwy z wykorzystaniem multimetru
Beha-Amprobe 160C, który pozwala na pomiar do 1500 V DC. Często zachodzi również
konieczność pomiaru wartości natężenia prądu na szynie prądu stałego. Do tego można
wykorzystać cęgę z modułem hallotronowym, pozwalającym zarówno na pomiar prądu
przemiennego, jak i stałego (rys. 3).
Rys. 3. Scopometr z cęgą hallotronową i310s (partner portal 6729)
Pomiar na wyjściu przetwornicy
Pomiar na wyjściu przetwornicy pozwala na ustalenie prawidłowego współdziałania tego
urządzenia energoelektronicznego z silnikiem elektrycznym. Ze względu na szybkozmienny
przebieg wyjściowy falownika konieczne staje się ponowne wykorzystanie scopometru. W
tym wypadku często zachodzi również konieczność pomiaru napięć miedzyfazowych, który
możliwy jest jedynie przyrządem o izolowanych kanałach. Standardowy oscyloskop,
posiadający wspólną masę dla poszczególnych kanałów, spowoduje w przypadku
podłączenia sond jak na rys. 4 wystąpienia zwarcia, co może doprowadzić do uszkodzenia
oscyloskopu.
Pomiar na wyjściu falownika pozwoli na ustalenie czy szybkość narastania wartości napięcia
nie jest zbyt wysoka, co w wielu wypadkach może doprowadzić do uszkodzenia uzwojeń
silnika. Gdy wartość du/dt będzie przyjmowała zbyt wysokie wartości względem wartości
podanych przez producenta silnika lub w standardzie IEC60034, wówczas koniecznym stanie
się zastosowanie dodatkowego dławika du/dt.
Rys. 4. Pomiar napięć międzyfazowych z wykorzystaniem scopometru o izolowanych
kanałach
Bezpieczeństwo pomiarów w technice napędowej
Dobór urządzenia pomiarowego pod kątem bezpieczeństwa można porównać do wyboru
kasku przez motocyklistę. Na pierwszy rzut oka różne kaski nie różnią się zbytnio od siebie –
jedynie ceną. Ich kształt i wygląd zewnętrzny jest do złudzenia podobny. Jednak to, co
najważniejsze dla bezpieczeństwa motocyklisty, znajduje się pod błyszczącą skorupą –
specjalnie uformowane i wytrzymałe wypełnienie, pochłaniające siłę uderzenia, warunkuje
bezpieczeństwo, stąd wynika cena produktu. W ten sam sposób możemy rozpatrywać
urządzenia służące do pomiarów elektrycznych. Z pozoru wyglądające niemalże identycznie,
przyrządy pomiarowe mogą istotnie różnić się pod względem zaimplikowanych wewnątrz
nich rozwiązań, zapewniających bezpieczeństwo osoby dokonującej pomiaru.
W przyrządach Fluke stosowane są specjalistyczne bezpieczniki uniemożliwiające
wydostanie się łuku elektrycznego poza urządzenie pomiarowe. Najwyższe starania o
bezpieczeństwo, dokładane przez projektantów Fluke, dają wysoką pewność pomiarów nawet
w punkcie zdawczo-odbiorczym sieci elektroenergetycznej. Należy pamiętać, że czym bliżej
przyłącza elektroenergetycznego instalacji, tym wyższa moc zwarciowa systemu i tym
wyższa energia wyzwalana podczas zwarcia. Określając miejsce pomiaru, powinniśmy
dobrać multimetr w odpowiedniej klasie bezpieczeństwa. Wymóg ten dotyczy również sond i
przewodów pomiarowych. W pomiarach wielkości elektrycznych w technice napędowej
często możemy spodziewać się wysokich prądów zwarciowych ze względu na bliskość
instalacji dużych przetwornic przy transformatorach zasilających. Warto zatem zastosować
urządzenie w kategorii bezpieczeństwa CAT III i CAT IV.
www.fluke.pl