Print

Jak měřením ověřit stav měniče

-- 21.06.2018

V současné době, především díky stále stoupající snaze o automatizaci, snižování energetické náročnosti, ale často i kvůli prosté lenosti konstruktérů, je většina pohonů vybavována frekvenčními měniči. Současné výrobní podniky, ale i velká obchodní a kancelářská centra jsou plné řízených pohonů, které jsou ve většině případů ponechány bez jakékoli průběžné údržby v domnění, že když se v zařízení nic netočí, nemá se co opotřebovat. U měničů větších výkonů se řeší až oprava při havárii, u menších výkonů je řešením výměna celého měniče.

Protože velká část pracovníků údržeb nemá žádnou nebo jen minimální představu o tom, co se v měniči při provozu děje, nebo dokonce kde a jak měřit v případě kontroly jeho provozního stavu a jak předejít nákladné havárii, výpadku výroby a finančním ztrátám, přenechává se řešení externím organizacím.  Většinou jde o menší lokální firmy, které disponují jen minimálními znalostmi a téměř žádným technickým vybavením pro měření a kontrolu měniče. Situaci pak řeší výměnou kus za kus. To se může zdát na první pohled jako efektivní, ve skutečnosti je ale opak pravdou.

Kontrola provozního stavu řízeného pohonu sestává jak z měření parametrů napájecí elektrické sítě, tak i z měření na mechanické části pohonu. Mezi těmito dvěma póly problematiky leží frekvenční měnič a důležitá oblast průběžné kontroly jeho stavu. O elektromotor je většinou při údržbě postaráno kontrolou ložisek a mazání. Elektrická část řízeného pohonu je však ponechávána stranou až do havárie.

Povíme si tedy něco krátce o tom, co  je nutné měřit kromě napájecího napětí a proudu odebíraného měničem pro představu o jeho stavu.

Proč je důležité kontrolovat velikost a stav stejnosměrného napětí v meziobvodu měniče a jakým způsobem jeho stav ověřit?

Meziobvod je část měniče (obr. 1) za usměrňovačem, kde je vytvářeno stejnosměrné napětí, které slouží k napájení následujících spínacích obvodů měniče. Ty pak produkují například šířkově modulované impulzy, které napájejí cívky motoru a vytvářejí krouticí moment motoru.

Kvalita a velikost tohoto stejnosměrného napětí na meziobvodu měniče tedy zásadním způsobem ovlivňuje správnou činnost měniče. Pokud velikost tohoto napětí klesne pod požadovanou hodnotu, spínače měniče pracují ve špatném režimu a generují nižší napětí na svorkách motoru. Proto musí být napětí na meziobvodu stabilní v čase a může obsahovat jen minimální střídavou složku.

Velikost stejnosměrného napětí meziobvodu je zásadně ovlivňována velikostí a tvarem napětí na vstupu měniče, tedy napětím sítě. Při usměrnění napětí usměrňovačem je velikost výsledného stejnosměrného napětí dána i tvarem, tedy zkreslením napětí přiváděného na usměrňovač. Toto napětí pak obsahuje i jisté střídavé zvlnění (obr. 2). Může zde nastat mnoho různých situací, které ovlivní velikost a stabilitu stejnosměrného napětí i jeho zvlnění.

Pokud je napájecí napětí nesinusové, jako například na obr. 3, a jeho spektrum má tvar jako na obr. 4, bude kvůli téměř 50% podílu 5. harmonické výsledné napětí na meziobvodu nižší, než by bylo v případě čistého sinusového napětí. Další významný vliv na velikost napětí meziobvodu má nesymetrické napájení měniče. Vzhledem k dynamice provozu strojů a tím ke vzniku kolísání napětí sítě a kolísání nevyvážení dochází i ke kolísání napětí meziobvodu, které je samozřejmě podporováno změnou zátěže vlastního měniče. Stabilita DC napětí meziobvodu je také významně ovlivněna velikostí filtračního kondenzátoru za usměrňovačem. Čím je kapacita tohoto kondenzátoru nižší, tím je vliv výše popsaných situací větší. Vzhledem k tomu, že kapacita kondenzátoru klesá v čase, mohou se výše popsané vlivy začít dít po delším čase, nikoli stejně. Proto je třeba velikost napětí meziobvodu kontrolovat. K tomu by bylo zdánlivě možné použít běžný multimetr. Protože však, jak již bylo řečeno, napětí meziobvodu není nikdy čistě stejnosměrné, mění se v čase a obsahuje určitou složku pulzujícího střídavého napětí, je třeba ověřit i velikost této pulzující složky, stejně jako časové změny. K tomuto měření je nejvhodnější použít průmyslový osciloskop, který kromě velikosti DC ukáže velikosti střídavé složky; lze jím ověřit i její tvar.

Pokud velikost zvlnění dosahuje více než několik procent, dochází k ovlivnění stability provozu měniče, neboť střídavá složka se přenese až na spínací obvody. To je tedy zásadní důvod, proč ověřit nejen velikost DC napětí, ale i velikost a tvar střídavé složky (obr. 5). Kontrolou osciloskopem navíc můžeme zjistit další informace o stavu usměrňovače.

Pro toto měření je zásadní doporučit průmyslový osciloskop, který má nejen potřebné měřicí schopnosti, ale je konstrukčně řešen skutečně pro měření v průmyslových silnoproudých podmínkách. Běžné ruční i stolní osciloskopy jsou pro tato měření nevhodné z pohledu bezpečnosti měření, neboť nejsou dostatečně elektricky odolné proti špičkám napětí. Jako vhodný osciloskop lze pro tato měření doporučit přístroje Fluke řady ScopeMeter Fluke 190–XXX (obr. 6), které jsou momentálně pro tato měření jediné vyhovující.

Dalším místem, kde je třeba kontrolovat stav měniče měřením, jsou jeho výstupní svorky.

Výstupní napětí přiváděné z měniče na motor má na rozdíl od napětí napájecí sítě odlišný tvar i frekvenci. To samozřejmě určuje, jaké přístroje lze k měření parametrů na výstupu měniče použít.  Výstupní napětí měniče není sinusové a vzniká spínáním stejnosměrného napětí z meziobvodu spínacími prvky; má tvar, který je patrný z obr. 1. Průběh napětí je obdélníkový s měnící se střídou podle amplitudy generované sinusoidy a s měnící se frekvencí, jejíž změnou jsou řízeny otáčky. Nosné frekvence současných měničů se v závislosti na konstrukci pohybují v řádu od kilohertzů až po stovky kilohertzů. Náběžné a sestupné hrany napětí na výstupu měniče jsou z důvodu efektivity měniče velmi rychlé a odpovídající frekvence jsou pak řádově až desítky megahertzů.

Z toho plyne, že pro měření napětí na výstupu měniče nelze použít žádný běžný přístroj, který jsme používali při měřeních na vstupu měniče. Je třeba si uvědomit, že na výstupu měniče jsme v naprosto jiném světě než na jeho vstupu. Pokusy měřit například napětí či výkon analyzátorem kvality sítě nebo wattmetrem, který je určen pro síť 50 Hz, jsou předem odsouzeny k neúspěchu a získané výsledky jsou naprostá „hausnumera“.

Toto bude patrně špatná zpráva pro všechny příznivce superuniverzálních přístrojů nebo pro šetřílky, kteří očekávají možnost měřit na celém pohonu jedním přístrojem. Abychom byli schopni na výstupu měniče zobrazit skutečný průběh napětí či časování a ověřit velikost napětí, neobejdeme se bohužel bez průmyslového osciloskopu s rozsahem alespoň 100 MHz a se čtyřmi kanály.

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

Osciloskopy vhodné a bezpečně použitelné pro měření na výstupu měniče jsou opět již zmiňované přístroje Fluke řady ScopeMeter Fluke 190–XXX.  Jsou vybaveny čtyřmi navzájem izolovanými kanály a jejich vstupy jsou galvanicky oddělené v kategorii IV 600 V (obr. 7).

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, vytvoříme mezifázový zkrat. Situace je následující: Při připojení prvního kanálu osciloskopu přivedeme napětí výstupu měniče na kostru osciloskopu. Pokud máme takovýto osciloskop napájen z baterie nebo přes izolační transformátor, nemusí ještě nastat problém. Připojením kostry druhého kanálu osciloskopu však propojíme první a třetí fázi přes kostru osciloskopu a vytvoříme tvrdý zkrat. Nelze tedy použít žádný přístroj, který má pro všechny kanály společnou zem.

Mnozí mohou namítnout, že na vstupech takovéhoto osciloskopu použijí oddělovací adaptéry. I v tomto případě máme problém. Většina takovýchto adaptérů je konstruována, stejně jako běžné stolní nebo přenosné osciloskopy, v bezpečnostní kategorii CAT II 300 V, tedy naprosto nedostatečné pro měření na silových částech. Použitím takovéhoto řešení tedy riskujeme napěťový průraz, zkrat mezi fázemi výstupu měniče, poškození měniče i problém na měřeném zařízení. Protože měříme většinou za provozu, riskujeme i odstavení výrobního zařízení a tím i velké ztráty.

Pro správnou funkci motoru napájeného z měniče, stejně jako u motoru napájeného přímo ze sítě, je třeba ověřit také napěťovou symetrii všech tří fázových napětí. Kvůli vysoké frekvenci nelze použít funkce nabízené analyzátory kvality sítě. Musíme vystačit s výpočtem nesymetrie uvedeným na obr. 8 a s měřením napětí fází bezpečným osciloskopem. Je třeba ověřit i proudovou nesymetrii, protože i v případě symetrického výstupního napětí nemusí být proud odebíraný z měniče ve všech fázích stejný, například z důvodu problému na motoru, který takto snadno zjistíme.

Na obr. 9 vidíme průběh napětí na výstupu měniče zobrazený na osciloskopu ScopeMeter Fluke 190–204. Další podrobnosti o osciloskopech ScopeMeter Fluke 190 získáte od zástupce firmy Fluke pro ČR společnosti Blue Panter, s. r. o. (www.blue-panther.cz). Zde můžete obdržet také informace o školeních týkajících se oblasti měření na pohonech a auditů pohonů, jež tato společnost organizuje.


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

PROMOTIC SCADA + eWON flexy workshop
2018-09-26 - 2018-09-26
Místo: Hotel Absolutum Boutique Hotel, Praha
MSV Tour 2018
2018-10-01 - 2018-10-04
Místo: Výstaviště Brno
Mezinárodní strojírenský veletrh 2018
2018-10-01 - 2018-10-05
Místo: Výstaviště Brno
Fórum údržby
2018-10-02 - 2018-10-02
Místo: Brno, veletrh MSV
Energie pro budoucnost XXIV
2018-10-02 - 2018-10-02
Místo: sál P4, BVV

Katalog

Panasonic Electric Works Europe AG
Panasonic Electric Works Europe AG
Veveří 3163/111
616 00 Brno
tel. +420 541 217 001

Brady s.r.o
Brady s.r.o
Na Pantoch 18
831 06 Bratislava
tel. +421 2 3300 4862

ABB s.r.o.
ABB s.r.o.
Štětkova 1638/18
14000 Praha 4
tel. +420739552216

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

všechny firmy
Reklama



Tematické newslettery






Anketa


Na horách/u moře
Na chalupě/chatě v tuzemsku
Co je to dovolená?

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   Partneři   |   Blogy   |   
Copyright © 2007-2018 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI