6. časť; Séria N4L: Šiesta a sedemfázová analýza motorových pohonov

Vzhľadom na výhodu nižšej spotreby pri štarte, riadenú akceleráciu, nastaviteľné rýchlosti bez mechanických prevodov a vyššiu účinnosť, predstavujú pohony s premenlivou frekvenciou (VFD) alebo frekvenčné meniče rýchlo rastúci podiel aplikácií s elektromotormi.

Analýza elektrických pohonov s viacfázovými meničmi frekvencie

Spolu s mnohými rýchlo rastúcimi technológiami sa používanie frekvenčných meničov už neobmedzuje na priemyselné a špeciálne aplikácie.

Moderné domáce elektrické spotrebiče od bieleho tovaru po výkonné nástroje teraz bežne využívajú technológie VFD.

Podobne ako technológia prepínaných zdrojov zvýšila potrebu vybavenia na analýzu výkonu s dostatočnou presnosťou na overenie ich stále rastúcej účinnosti, rastúca účinnosť frekvenčných meničov, kombinovaná so zložitým, širokým spektrom napätí generovaných týmito zariadeniami, prináša potrebu testovania motorov a meničov, ako aj schopnosť meracích zariadení, ktoré uspokojujú potreby konvenčných aplikácií s indukčnými motormi.

Vykonané merania sa môžu zameriavať na účinnosť motora, účinnosť meniča alebo celej zostavy od zdroja striedavého napätia po výkon na mechanickom výstupe, ale v každom prípade bude potrebné vykonať niekoľko meraní. Na stabilných a ľahko opakovateľných aplikáciách je praktické vykonať sekvenčné merania. Ak však, ako v mnohých prípadoch, nemožno zabezpečiť absolútnu stabilitu alebo ak sa podmienky zaťaženia zmenia na použitie s frekvenčným meničom, súbežné meranie účinnosti elektricko-elektrickej a / alebo elektricko-mechanickej jednotky si vyžaduje prístroje navrhnuté na riešenie zložitosti požadovaného merania v tomto prostredí.

Účinnosť sústavy s analýzou šiestich fáz

Na nasledujúcom diagrame sa meria účinnosť smerovača, striedavého prúdu a motora pomocou šesťfázového meracieho prístroja:

Prečo šesťfázový prístroj?

Je zrejmé, že so šiestimi kanálmi merania výkonu a vstupov pre krútiaci moment a otáčky je možné merať celkový trojfázový výkon, výkon na jednosmernej zbernici, trojfázový výkon a mechanický výkon. Čiastočne z tohto dôvodu je 6 kanálov merania výkonu bežnou voľbou pre prístroje na meranie výkonu, zamerané na túto aplikáciu.

Kde je potrebné len merať celkovú spotrebu elektrickej energie a celkový elektrický výkon, t. j. kde nie je potrebné merať výkon jednosmernej zbernice, trojfázový vstup a trojfázový výstup sa môžu konfigurovať na meranie metódou celých 3 wattmetrov. To umožní používateľovi vidieť príspevky výkonu jednotlivých fáz. Keďže však výkon jednotlivých fáz na výstupe striedavého napájení je zvyčajne oveľa zaujímavejší ako každá fáza pomerne jednoduchého zdroja striedavého prúdu, vstup sa zvyčajne meria použitím techniky 2 wattmetrov, ktorá odvodzuje presne rovnaký celkový výkon na trojvodičovom systéme ako metóda 3 wattmetrov, pričom uvoľňuje merací kanál, ktorý sa môže použiť na meranie výkonu jednosmernej zbernice alebo iných zaujímavých veličín, ako:

Tu je užitočné pripomenúť, že na rozdiel od vyhlásení niekedy v súvislosti s technikami merania na trojfázovú, trojvodičovú sústavu, správne použitá technika merania 2 wattmetre dosiahne presne rovnaký celkový výkon, ako by bol odvodený z techniky 3 wattmetre. To platí bez ohľadu na rozsah, fázový uhol alebo harmonickú nevyváženosť meraného trojfázového systému. Takže zatiaľ čo môže byť určite zaujímavé poznať relatívny príspevok výkonu každej fázy, čo môže poskytnúť pripojenie s 3 fázami a 3 wattmetrami, ako bolo uvedené vyššie, výsledkom metódy 2 wattmetrov bude presne rovnaký nameraný celkový výkon.

Môže šesťfázový prístroj poskytovať sedemfázové výsledky?

Áno. Vzhľadom na charakter interakcie medzi všetkými fázami trojfázového, trojvodičového systému, meracieho systému s dostatočným procesným výkonom v reálnom čase môže odvodiť hodnoty napätia tretej fázy, prúdu a výkonu pri zapojení v konfigurácii 2 wattmetrov prepočítaním 2 wattmetrov na 3 wattmetre v reálnom čase.

Na schéme nižšie popíšeme premenu 2 na 3 wattmetre, kde je zobrazená počítaná fáza ako PH7.

Premena merania 3 fázy 2 wattmetre na 3 fázy 3 wattmetre

Názvoslovie:

Udn(t) = napätie pre fázu n vo vzťahu k fáze 3
Us(t) = napätie na uzle hviezdy vo vzťahu k 3. fazi
Usn(t) = napätie pre fázu n vo vzťahu k  uzlu hviezdy
Zn = impedance zaťaženia pre fázu n
Z = súbežná impedancia Z1@@ Z2 a Z3
In(t) = prúd vo fáze n
Pdn(t) = výkon na fázu n meraný v zapojení 3 fáza 2 wattmetre
Psn(t) = výkon vo fáze n meraný v zapojení 3 fázy 3 wattmetre

Výpočty napätia:

Zvážime napätie uzla hviezdy vo vzťahu k 3. etape pomocou princípu superpozície:

Us(t) = Z ( Ud1(t) / Z1 + Ud2(t) / Z2 )

Pokud Z1 = Z2 = Z3, pak

Us(t) = ( Ud1(t) + Ud2(t) ) / 3

Teraz

Us1(t)            = Ud1(t) – Us(t)
         = Ud1(t) - ( Ud1(t) + Ud2(t) ) / 3
         = ( 2 * Ud1(t) – Ud2(t) ) / 3

Podobne

Us2(t)            = ( 2 * Ud2(t) - Ud1(t) ) / 3
Us3(t)            = 0 – Us(t)
         = - ( Ud1(t) + Ud2(t) ) / 3

Pamätajte, že tieto výpočty vyžadujú len to, aby impedancie zaťaženia boli vo všetkých fázach rovnaké a aby žiadne iné zdroje napätia neovplyvňovali uzol hviezdy.

Výpočet prúdu:

Prúd fázy 1 a 2 sa meria priamo; prúd fázy 3 sa môže vypočítať podľa Kirchoffovho zákona prúdu:

I3(t) = - I1(t) - I2(t)

Predpokladom je, že uzol hviezdy neovplyvňuje žiadne iné zdroje prúdu.

Výpočty výkonu:

Ps1(t) = Us1(t) * I1(t)
         = ( 2 * Ud1(t) – Ud2(t) ) * I1(t) / 3
         = ( 2 * Pd1(t) – Ud2(t) * I1(t) ) / 3

Ps2(t) = Us2(t) * I2(t)
         = ( 2 * Ud2(t) – Ud1(t) ) * I2(t) / 3
         = ( 2 * Pd2(t) – Ud1(t) * I2(t) ) / 3

Ps3(t) = Us3(t) * I3(t)
         = ( - Ud1(t) – Ud2(t) ) * ( - I1(t) – I2(t) ) / 3
         = ( Pd1(t) + Ud1(t) * I2(t) + Ud2(t) * I1(t) + Pd2(t) ) / 3

Na potvrdenie vzorcov výkonu zvážme celkový výkon ((t) vynechaný pre lepšiu čitateľnosť):

Pcelk = Ps1 + Ps2 + Ps3
         = ( 2 * Pd1 – Ud2 * I1 + 2 * Pd2 – Ud1 * I2 + Pd1 + Ud1 * I2 + Ud2 * I1 + Pd2 ) / 3
         = Pd1 + Pd2

Všetky tieto výpočty sú založené na okamžitých hodnotách a vyžadujú len to, aby žiadny iný zdroj nepôsobil na uzol záťaže a aby impedancie všetkých fáz striedavého zdroja boli porovnateľné.

Zobrazovanie obrazoviek z presného analyzátora výkonu PPA3560 v režime merania 7 fáz:

Pamätajte, že „Phase 7“ je 3. fáza na trojfázovom vstupe s hodnotami W, Va, pf, V a A vypočítaných pre simulovanú fázu.

Záver

Rastúca zložitosť moderných aplikácií s frekvenčnými meničmi si vyžaduje viackanálové prístroje na meranie výkonu na dosiahnutie zmysluplnej analýzy výkonu.

Moderné prístroje na meranie výkonu s príslušnými vzorkovacími technikami a výkonom procesu môžu poskytovať veľmi presné merania v reálnom čase pre 6 alebo 7-fázové úlohy merania výkonu.

Ak máte nejaké otázky alebo potrebujete radu. Neváhajte nás kontaktovať formulárom uvedenom nižšie.

Ďalšia časť / Všetky časti