Metronic ApS

Eksempel for måling af dynamisk AC input power med Teledyne LeCroy 8 ch og 12 bit motordrive analysator (oscilloskop + motordrive software)

Introduktion

I dette eksempel vises hvordan der kan måles dynamisk AC input power, harmoniske og forvrængning på en en motor som er styret af en variabel frekvensomformer

AC Signal Acquisition

Figur 1 viser 20 sekunders opsamling af 3-faset 240V AC forsyning til en frekvensomformer. Oscilloskoper har samplet med 5MS/s ind til 100M opsamlingshukommelse

Figure 1:

20-s acquisition of AC three-phase voltage and current signals

Figur 2 viser den samme opsamling, men nu zoomet til at vise nogle få perioder af input spændig og strøm. AC input spænding er målt mellem fase til nul. Det ses at strømmen viser et ikke liniært forløb, som er typisk for en frekvensomformer.

Opsætning af motordrive analysatoren (MDA)

Fig3: MDA brugerinterface giver et godt overblik for opsætningen af de tre fasespændinger og strømme. Via dialogbokse bestemmes hvilket system der måles på, f.eks. 3 phase-4 wire 3V3A. Der kan også vælges andre konfigurationer, f.eks. 3 phase-3wire, altså uden nul. Her er der valgt 6 input kanaler: Va, Vb, Vc, Ia, Ib og Ic . Endvidere er der valgt harmonisk filter fra fundemental/grundfrekvens til 50. Bemærk at ch1 (C1) er valgt til synkronisering af målingerne.

Figure 3:

AC input wiring assignment tabbed dialog in the MDA

Fig. 4 viser de forskellige parametre der kan vises. Idette tilfælde de med blå fremhævet værdier. Disse værdier er vist i fig. 5.

Displaying Per-cycle Quantities Over Time

Fig5 viser øjebliksværdierne af de størrelser der er valgt i Fig. 4. Værdierne viser øjebliksværdierne for 1000 perioder (20 sek.). Dette giver en god indsigt af de dynamiske forhold for spænding- og strøm THD (blå og grøn kurve øverst til højre samt RMS spænding (lyserød kurve nederst til højre) og powerfaktor (orange kurve nederst tilhøjre). 

Figure 5:

Calculated three-phase electrical values, acquired signals, and per-cycle Waveforms

Det ses at powerfaktor falder kraftigt under belastning, mens inputspændingen forbliver relativ stabil. Endvidere ses det, at THD for spænding er relativ lav og stabil, men THD for strøm er, som forventet, høj og ændrer sig væsentligt i takt med belastningen.

Brug Zoom + Gate til at identificere de værste harmoniske bidrag

Det giver god indsigt i de forskellige harmoniske bidrag  til THD ved at benytte harmonisk kalkulation for de forskellige frekvenser vist i den harmoniske kalkulationstabel herunder (Fig.6).

Figure 6:

Harmonic Order calculation tabbed setup dialog

Ved at vælge de forskelige størrelser i den harmoniske kalkulationstabel , så kan de forskellige harmoniske for spænding og strøm vises (fig. 7) . Bemærk, at ud fra de optagne 1000 cykliske værdier, så ses det at de dominante harmoniske komponenter er 5., 7., 11. og 13. harmoniske. 

Figure 7:

Calculated harmonic order values, acquired waveforms and spectral displays for three-phase currents

Ved at benytte periode til periode kalkulation af de enkelte harmoniske, så er det muligt at zoome og gate de optagne spænding- og strømsignaler til en specifik del af de 1000 optagne perioder. Fig 8 herunder, viser zoom og gate af starten på de optagne signaler, der hvor THD af strømmen har den højeste værdi.

I Fig 8 ses det, at fase B og C har relativ høj 3. og 9. harmoniske komponenter, men det har fase A ikke.

Konklussion

Frekvensomformere er ikke lineære belastninger som forvrænger forsyningen til belastningen. Den dynamiske påvirkning måles nemt med Teledyne LeCroy oscilloskop/motordrive analysator (MDA). Dermed kan frekvensomformeren optimeres til at minimere forvrængning under forskellige forhold.