Sprawdzanie współczynnika napięcie

Sprawdzanie współczynnika
napięcie-częstotliwość na
napędach o zmiennej
prędkości
dzięki nowemu dwukanałowemu przenośnemu
oscyloskopowi Fluke ScopeMeter ® 190 Series II
Opis zastosowań
Dzięki unikalnym funkcjom wyzwalania i pomiarów, przenośne
oscyloskopy Fluke ScopeMeter 190 Series II są idealnym rozwiązaniem do analizy współczynnika napięcie-częstotliwość na modulowanych szerokością impulsu napędach o zmiennej prędkości.
Napędy ze zmienną
prędkością
Modulacja szerokości
impulsu
Napędy ze zmienną prędkością
zapewniają wygodną i przystępną
metodę różnicowania prędkości
solidnych silników prądu zmiennego. Po podłączeniu do sieci prędkość obrotowa silnika prądu zmiennego jest bezpośrednio związana z
częstotliwością sieci i liczbą biegunów silnika. Tradycyjnie zewnętrzna
skrzynia przekładniowa była jedynym sposobem pracy z różnymi
prędkościami. Zmieniło się to wraz
z wprowadzeniem półprzewodników wysokiej mocy, co umożliwiło zbudowanie napędów o zmiennej prędkości przez elektroniczne
wytworzenie napięcia zasilania,
które działa na różnych częstotliwościach. Wywołało to jednak potrzebę
nowych możliwości pomiaru oferowanych przez oscyloskop przenośny
Fluke 190 Series II.
Napędy prądu zmiennego z modulacją szerokości impulsu znalazły
drogę do wielu zastosowań, takich
jak wentylatory, pompy i przenośniki
napędzane asynchronicznymi silnikami prądu zmiennego z klatką. Silniki te są solidne i wymagają niewielkiej konserwacji, ponieważ nie
ma w nich szczotek wymagających
regularnej wymiany.
Podstawowa struktura napędu
o zmiennej prędkości (rysunek 1)
zawiera prostownik wejściowy konwertujący zasilanie sieciowe w
napięcie prądu stałego, który zasila
tak zwaną magistralę prądu stałego. To napięcie prądu stałego
jest następnie konwertowane w
napięcie o zmiennej częstotliwości z użyciem przełączników
elektronicznych. Ponieważ prędkość silnika można dostosować za
pomocą prostego potencjometru
lub sygnału sterującego ze źródła
zewnętrznego, napędy te stały
się popularnym zamiennikiem dla
Zasilanie
zasilanie / zasilacz
Przetwarzanie
AC/DC
Filtr DC
i bufor
Przetwornica DC/AC
+V DC
L1
magistrala
napi cie
T1
T2
T3
L2
L3
Uziemienie
Parametry mechaniczne
wyjście
-V DC
Silnik (obciążenie)
Interfejs kablowy
T3
T2
T1
Rysunek 1. Podstawowe schematy elektryczne napędu o zmiennej prędkości.
w w w. f l u k e . p l / S c o p e M e t e r S e r i e s I I
Nowy dwukanałowy oscyloskop Fluke ScopeMeter 190 Series
II doskonale nadaje się do tego
zadania, ponieważ może natychmiast
wyświetlać współczynnik V/Hz po
wybraniu tej opcji. Nie są wymagane
żadne dalsze regulacje, a technik
może się skoncentrować na zadaniu, ponieważ nie ma konieczności
poświęcania czasu na regulowanie
urządzenia ScopeMeter do optymalnych ustawień. Rysunek 3 pokazuje
ekran konfiguracji do wyboru współczynnika V/Hz.
Urządzenie ScopeMeter zapewnia
również funkcję wyzwalania Connect-and-View, która automatycznie
wyświetla stabilny obraz.
Rysunek 2. Tabliczka znamionowa silnika.
skrzyni przekładniowych.
Silnik
Silniki prądu przemiennego przeznaczone są do użytku z polem
magnetycznym o przeciwnym
kierunku i stałej sile. Z zastosowanego napięcia generowane
jest pole magnetyczne, a siła
jest proporcjonalna do współczynnika V/Hz. Normalnie silnik
został zaprojektowany do pracy
z lokalnym napięciem sieciowym
(230 V/400 V lub 120 V / 208 V)
i częstotliwością sieci (50 Hz lub
60 Hz). Wartości nominalne zostały
przedstawione na tabliczce znamionowej silnika (rysunek 2). Po podłączeniu silnika do napędu o zmiennej prędkości napęd zmienia częstotliwość napięcia wyjściowego.
zmieniając zarazem prędkość obracającego się pola magnetycznego i
prędkość silnika.
Obniżenie samej częstotliwości spowoduje jednak wygenerowanie wyższego pola magnetycznego, ponieważ rośnie współczynnik V/Hz. Powoduje to nasycenie magnetyczne, które wiąże
się z niestabilną pracą i generuje wyższą temperaturę w silniku. I odwrotnie, zwiększenie częstotliwości zwiększa współczynnik
V/Hz, redukując pole magnetyczne
i moment obrotowy.
Aby pokonać te problemy,
napęd o zmiennej prędkości
różnicuje również napięcie, kiedy
różnicowana jest częstotliwość w
celu utrzymania stałego współczynnika V/Hz. Najkorzystniej
jest, kiedy dzieje się to w całym
zakresie roboczym napędu o
zmiennej prędkości. Typ sterowania używany w tym przypadku
nazywany jest sterowaniem V/Hz,
które w swojej najprostszej formie
przyjmuje polecenie referencji
prędkości ze źródła zewnętrznego
2 Fluke Corporation
Rysunek 3. Wybieranie współczynnika V/Hz
dla przeprowadzanych na wejściu A.
i różnicuje napięcie i częstotliwość
stosowane w silniku.­
Wymagania pomiarów
Aby zweryfikować, że współczynnik V/Hz jest stały w zakresie roboczym napędu o zmiennej prędkości, napięcie wyjściowe i częstotliwość napędu muszą być mierzone
jednocześnie. Wyzwanie polega
tutaj na tym, by wyjściowy przebieg
fali napędu z modulacją szerokości impulsu jest daleki od sinusoidy,
ponieważ zawiera impulsy o zmiennej szerokości tworzące prąd napędu
przypominający sinusoidę. Osiąga się
to dzięki różnicowaniu cyklu pracy
tych impulsów w taki sposób, że
prąd (ale nie napięcie) w uzwojeniu silnika przypomina sinusoidalny
przebieg fali.
W rezultacie uzwojenie silnika
działa jak filtr dolnoprzepustowy,
przez który przepływa prąd przypominający sinusoidę dzięki napięciu
z modulowaną szerokością impulsu.
Woltomierz prawdziwej wartości
skutecznej użyty w takiej sytuacji
pokazałby błędne odczyty, ponieważ takie mierniki pokazują napięcie prawdziwej wartości skutecznej sygnału pełnej przepustowości.
Takie zastosowanie wymaga miernika zdolnego do mierzenia napięcia
efektywnego tylko podstawowego
komponentu, ponieważ to właśnie
„widzi” silnik. Kolejna komplikacja polega na tym, że złożone modulowane przebiegi fal często utrudniają uzyskiwanie stabilnego obrazu
i odczytów sygnału.
Dokonywanie pomiarów
Narzędzie diagnostyczne Fluke
190 Series II ScopeMeter jest
certyfikowane do oceny bezpieczeństwa maksymalnie
600 V CAT IV/1000 V CAT III,
co sprawia, że jest to wyjątkowo
bezpieczny instrument do
zastosowań przemysłowych i profesjonalnych.
Urządzenie ScopeMeter podłącza
się bezpośrednio do terminali silnika za pomocą sondy 10:1 VPS410
dołączonej w standardzie do instrumentu. W menu SCOPE READINGS
(Odczyty oscyloskopu) należy
wybrać odczyt V/Hz (rysunek 3). Ta
nowa opcja zapewnia bezpośrednie
odczyt współczynnika, co umożliwia
operatorowi skoncentrowanie się na
współczynniku, a nie na poprawnych ustawieniach. Automatyczne
wyzwalanie w urządzeniu ScopeMeter zapewnia stabilny przebieg fali i
wyświetlanie odczytów, co pozwala
na dokonywanie pomiarów w całym
zakresie roboczym napędu.
Rysunek 4 pokazuje wartość
współczynnika V/Hz wyliczoną z
Rysunek 4. Pomiar Vpwm i Hz i wyświetlanie
współczynnika napięcie-częstotliwość.
Sprawdzanie współczynnika napięcie-częstotliwość na napędach o zmiennych prędkościach za pomocą nowego dwukanałowego przenośnego oscyloskopu Fluke ScopeMeter 190 Series II
Rysunek 5. Wykres V - Hz.
wartości wejściowych zmierzonych
na wejściu A, podczas gdy wartości
faktyczne są wyświetlane na pasku.
Pomiary wykazują, że współczynnik V/Hz jest relatywnie stały
w zakresie roboczym częstotliwości do 50 Hz, gdzie napięcie osiąga poziom napięcia wejściowego napędu (Rysunek 5).
Odczyty pasują do wartości nominalnych silnika, tj. e.
220 V/50 Hz = 4,4. Kiedy częstotliwość wzrasta powyżej 50 Hz,
napęd nie może dłużej zwiększać
napięcia wyjściowego, ponieważ jest ono ograniczane przez
wejście 230 V. Daje to niższy
współczynnik V/Hz wynikający
z niższego pola magnetycznego,
a zatem niższy moment obrotowy
podczas pracy z dużą prędkością.
Podczas redukcji prędkości
napęd zwiększa nieco współczynnik V/Hz, aby poprawić
moment obrotowy przy niższych
prędkościach. Ta technika jest
znana pod nazwą boost napięcia.
W normalnych warunkach silnik
daje mniejszy moment obrotowy
podczas pracy z niższą prędkością. Jest to efekt znany jako
utrata omów. Wywołuje go rezystancja uzwojeń silnika, które
mają większy wpływ na ogólną
impedancję uzwojeń przy niższych prędkościach, ponieważ
indukcyjność uzwojeń przy niższych prędkościach spada wraz
z częstotliwością, kiedy rezystancja pozostaje niezmienna.
Część napięcia przyczyniająca się
do indukcji jest w konsekwencji niższa, powodując relatywnie niższe pole magnetyczne przy
niższych prędkościach.
Podsumowanie
Nowy oscyloskop dwukanałowy
Fluke 190 Series II ScopeMeter
doskonale nadaje się do zastosowań, w których za jednym naciśnięciem przycisku można uzyskać żądany odczyt. Regulacja
określonych ustawień nie jest już
konieczna.
Dzięki tej nowej funkcji analizowania współczynnika V/Hz
jest prostsze niż dotąd i umożliwia analizowanie zachowania
systemu i znajdowanie przyczyn
niestabilnego zachowania silnika
w konfiguracji napędu o zmiennej prędkości.
Fluke. T
he Most Trusted Tools
in the World.
Fluke Europe B.V.
P.O. Box 1186
5602 BD Eindhoven
The Netherlands
Web: www.fluke.pl
For more information call:
In the U.S.A. (800) 443-5853
or Fax (425) 446 -5116
In Europe/M-East/Africa +31 (0)40 2 675 200
or Fax +31 (0)40 2 675 222
In Canada (905) 890-7600
or Fax (905) 890-6866
From other countries +1 (425) 446 -5500
or Fax +1 (425) 446 -5116
Web: www.fluke.pl
© Copyright 2013 Fluke Corporation. Wszelkie
prawa zastrzeżone. Dane mogą ulec zmianie bez
uprzedzenia.
Pub_ID : 10668-pol
Zabrania się modyfikowania niniejszego dokumentu
bez pisemnej zgody firmy Fluke Corporation.
3 Fluke Corporation
Sprawdzanie współczynnika napięcie-częstotliwość na napędach o zmiennych prędkościach za pomocą nowego dwukanałowego przenośnego oscyloskopu Fluke ScopeMeter 190 Series II