Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 11/2016 vyšlo tiskem
7. 11. 2016. V elektronické verzi na webu od 1. 12. 2016. 

Téma: Rozváděče a rozváděčová technika; Točivé stroje a výkonová elektronika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu

Aktuality

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Češi v domácnostech více svítí a experimentují se světlem, doma mají přes 48 milionů svítidel Češi začali v domácnostech více svítit a snaží se vytvořit lepší světelné podmínky:…

Více aktualit

Měření při údržbě pohonů a motorů (6. část) Co se děje na výstupu měniče

14.06.2016 | Ing. Jaroslav Smetana | Blue Panther, s.r.o. | www.bluepanther.cz

Toto pokračování seriálu o měření na pohonech a motorech je věnováno výstupu měniče. Výstupní napětí přiváděné z měniče na pohon má na rozdíl od napětí napájecí sítě odlišný tvar i frekvenci. To určuje přístroje, které lze k měření parametrů na výstupu měniče použít. 

Výstupní napětí měniče není sinusové a vzniká spínáním stejnosměrného napětí z meziobvodu a má tvar, který je patrný z obr. 1. Průběh napětí je obdélníkový s měnící se střídou podle amplitudy generované sinusovky, a měnící se frekvencí, odpovídající změně nosné frekvence, jejíž změnou jsou řízeny otáčky. Frekvence nosné současných měničů se v závislosti na konstrukci pohybují v řádu od kilohertzů až po stovky kilohertzů. Protože účinnost spínací části měniče je zásadně závislá na době, po kterou jsou jednotlivé spínací prvky (obr. 1) v „analogovém režimu“ – tedy přecházejí ze stavu sepnutého do rozepnutého a naopak, je snahou výrobců maximalizovat rychlost tohoto přechodu, tj. zkrátit dobu toho přechodového stavu na minimum.


Obr. 1. Základní schéma měniče a průběhy napětí a proudů

Náběžné a sestupné hrany napětí na výstupu měniče jsou tak velmi rychlé a tomu odpovídající frekvence je řádově až desítky megahertzů. Z tohoto stavu plyne, že k měření napětí nelze použít žádný běžný přístroj, který byl používán k měření na vstupu měniče. Je třeba si uvědomit, že na výstupu měniče jsme v naprosto jiném světě než na jeho vstupu. Tedy pokusy, např. měřit napětí či výkon analyzátorem kvality nebo wattmetrem určeným pro síť 50 Hz jsou předem odsouzeny k neúspěchu a ten, kdo takto postupuje, získává jako výsledek měření naprostá „hausnumera“.

Toto bude patrně špatná zpráva pro všechny příznivce super-univerzálních přístrojů nebo „šetřílků“, kteří očekávají možnost měřit na celém pohonu jedním přístroje. Abychom byli schopni na výstupu měniče zobrazit skutečný průběh napětí, časování a ověřit jeho velikost, tak se rozhodně neobejdeme bez průmyslového osciloskopu s rozsahem alespoň 100 MHz se čtyřmi kanály.

Vzhledem k velikosti napětí, zkratovým poměrům na výstupu a možnosti vzniku napěťových špiček, o kterých si povíme příště, nelze použít pro tato měření běžné stolní osciloskopy, které nemají  dostatečný stupeň odolnosti proti přepětí, bezpečnosti, a jejich kanály mají společnou zem.  

Osciloskopy vhodnými a bezpečně použitelnými pro tato měření jsou nyní přístroje Fluke řady Scopemeter Fluke 190-XXX zmíněné v předcházející části seriálu. Jsou vybaveny čtyřmi navzájem izolovanými kanály, a jejich vstupy jsou v kategorii IV 600 V (obr. 2).


Obr. 2. Scopemetr Fluke 190-XXX

Na druhou stranu při pokusu použít zde běžný osciloskop, který sice měřicími parametry vyhoví potřebnému frekvenčnímu rozsahu, má čtyři kanály, a tudíž se zdá naprosto dostatečný pro takovéto měření, vytváříme mezifázový zkrat v případě, že připojený motor není zapojen do hvězdy. Při pokusu měřit napětí mezi fázemi na výstupu měniče s motorem do trojúhelníka totiž při připojení prvního kanálu osciloskopu přivedeme napětí výstupu měniče na kostru osciloskopu. Jestliže máme takovýto osciloskop napájen z baterie nebo přes izolační transformátor, nemusí ještě vzniknout problém. Ale připojením kostry druhého kanálu osciloskopu propojíme první a třetí fázi přes kostru osciloskopu a vytvoříme tvrdý zkrat. Nelze tedy pro tato měření použít žádný přístroj, který má pro všechny kanály společnou zem. I v případě použití oddělovacích adapterů na vstupech takovéhoto osciloskopu máme problém. Většina takovýchto adapterů je konstruována, stejně jako běžné stolní, nebo přenosné osciloskopy v bezpečnostní kategorii II CAT 300 V, tedy naprosto nedostatečné pro měření na  silových částech. Použitím takovéhoto řešení riskujeme napěťový průraz, zkrat mezi fázemi výstupu měniče, poškození měniče a problém na měřeném zařízení. Protože měříme většinou za provozu, riskujeme i odstavení výrobního zařízení, a tím i velké ztráty.


Obr. 3. Určení nesymetrie

Pro správnou funkci motoru napájeného z měniče stejně jako u motoru napájeného přímo ze sítě je třeba ověřit napěťovou symetrii všech tří fázových napětí. Díky vysoké frekvenci, jak již bylo řečeno nelze použít funkce nabízené analyzátory kvality sítě a metodu rozkladu, ale musíme vystačit s výpočtem nesymetrie uvedeným na obr. 3 a měřením napětí fází bezpečným osciloskopem. Je potřeba ověřit i proudovou nesymetrii, protože i v případě symetrického výstupního napětí nemusí být proud odebíraný z měniče ve všech fázích  stejný, např. z důvodu problému na motoru, který takto snadno zjistíme. Pro měření proudu s výhodou využijeme tři vstupy osciloskopu a troje proudové kleště (obr. 4).


Obr. 4. Měření s pomocí proudových kleští

Průběh proudu na výstupu měniče, jak patrno z obr. 1, je odlišný od průběhu napětí a má téměř sinusový průběh. Je to způsobeno integrující činností vinutí motoru. Zde lze tedy využít běžný klešťový ampérmetr s funkcí měření skutečné efektivní hodnoty (TRMS). Je dobré upozornit na existenci speciálních multimetrů pro měření na pohonech, které jsou vybaveny funkcí filtru, který zajistí, že i velikost pulzujícího napětí na výstupu měniče lze ověřit a získat hodnotu odpovídající efektivní hodnotě napětí napájejícího motor. Jde např. o přístroje Fluke 87V nebo Kyoritsu KEW1062 (obr. 5).


Obr. 5. Multimetr Kyoritsu KEW1062


Obr. 6. Průběh napětí na výstupu měniče, zobrazený přístrojem Fluke 190-204

Ty jsou vybaveny speciálním tlačítkem (žluté tlačítko na obr. 5), které zařadí do měření filtr. Při použití běžného multimetru i altimetru TRMS přístroj zobrazí naprosto nesprávnou velikost napětí díky jeho tvaru. Protože však kromě velikosti napětí a proudu je třeba ověřit na výstupu měniče i jejich tvar, použití vhodného osciloskopu se ve vybavení pracovníků údržby nevyhneme. Na obr. 6 je vidět průběh napětí na výstupu měniče zobrazený na Scopemetru Fluke 190-204. V dalším díle seriálu si povíme, co může způsobit kabel, kterým je připojen motor k měniči, a probereme důležitost  bezpečnosti měřicích přístrojů, která byla tentokrát naznačena.

Blue Panther s.r.o.

Blue Panther s.r.o.
Mezi Vodami 29
Praha 4
143 00
www.blue-panther.cz