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