Einführung

In den folgenden Beispielen zeigen wir, wie der Motorantriebsanalysator MDA810 von Teledyne LeCroy verwendet wird, um die dynamische AC-Eingangsleistung, Oberschwingungen und Verzerrungen für einen 240-V-Dreiphasen-Motorantrieb mit variabler Frequenz zu messen.

AC-Signalerfassung

Abbildung 1 zeigt eine vollständige 20-Sekunden-Erfassung der dreiphasigen 240-VAC-Eingangsspannungs- und -stromsignale zum Motorantrieb. Für diese Erfassung hat der MDA den Eingang mit 5 MS/s unter Verwendung von 100 MS Erfassungsspeicher abgetastet.

Abbildung 2 zeigt die gleiche Erfassung, jedoch vergrößert auf nur einige Zyklen der Eingangsspannungs- und -stromsignale. Die AC-Eingangsspannungssignale werden netzneutral abgetastet. Beachten Sie, dass die Stromsignale ein nichtlineares Verhalten zeigen, das typisch für einen kaskadierten H-Brücken-Motorantrieb mit variabler Frequenz ist.

Einrichten des Motor Drive Analyzer für Messungen

Der MDA ermöglicht die Zuordnung der dreiphasigen Spannungs- und Stromsignale im Registerkartendialog AC-Eingang, um dreiphasige Spannungs-, Strom- und Leistungswerte zu berechnen. In Abbildung 3 haben wir die sechs Eingangskanäle gemäß dem Schaltplan Va, Vb, Vc, Ia, Ib und Ic zugewiesen und die Harmonic Filter Fundamental + N ausgewählt (wobei N auf 50 eingestellt ist). Beachten Sie, dass die Berechnungen während des durch VR-N (Kanal 1 oder C1) definierten Zeitraums durchgeführt werden, wie durch die Auswahl dieses Signals als Sync angezeigt wird.

Im Dialogfeld „Numerik“ haben wir die dreiphasigen Quellen und die verschiedenen Messungen zur Anzeige ausgewählt, wie in Abbildung 4 dargestellt.

Anzeige der Mengen pro Zyklus über die Zeit

Abbildung 5 zeigt die dreiphasigen elektrischen Größen, die in der numerischen Tabelle angezeigt werden, wie in Abbildung 4 ausgewählt. Die in dieser Tabelle angezeigten Werte sind Mittelwerte für 1000 eindeutige Perioden. Durch Hervorheben einer Zelle in der Numeriktabelle zeigt das Instrument eine pro-Zyklus-Wellenform dieses Werts über der Zeit an. Dies fördert das Verständnis des dynamischen Verhaltens von Spannungs- und Strom-THD (blaue und grüne Spuren, oben rechts), der RMS-Spannung (rosa Spur, unten rechts) und des Leistungsfaktors (orangefarbene Spur, unten rechts).

Wir können sehen, dass der Leistungsfaktor während der Lastfreigabe steil abfällt, während die Eingangsspannung relativ stabil bleibt. Außerdem ist die Spannungs-THD relativ niedrig und stabil, aber die Strom-THD ist hoch (wie erwartet) und ändert sich erheblich mit der Belastung.

Verwendung von Zoom+Gate zur Bewertung der Orte der schlimmsten harmonischen Verzerrung

Wir können den Beitrag der verschiedenen harmonischen Ordnungen zum THD verstehen, indem wir die Harmonics Calculations-Variable-Frequency-Methode verwenden, wie im Register Harmonics Calc in Abbildung 6 gezeigt.

Nachdem Sie die entsprechende Auswahl getroffen haben, können Sie die Ordnungstabelle der Oberschwingungen und die Spektraldarstellungen der Oberschwingungen für die verschiedenen Spannungs- und Stromsignale anzeigen (Abbildung 7). Beachten Sie, dass gemäß den Mittelwerten aus 1000 zyklischen Berechnungen bei der vollständigen Erfassung die dominierenden harmonischen Komponenten in den Stromsignalen die 5., 7., 11. und 13. Harmonische sind. Wir sehen dies auch in den spektralen Wellenformen.

Die Methode mit variierender Frequenz verwendet eine Zyklus-für-Zyklus-DFT-Berechnung von Oberschwingungen nach Reihenfolge und nach einzelnem Zyklus. Daher können wir ein Zoom+Gate anwenden, um die erfassten Spannungs- und Stromsignale zu zoomen und die Berechnungen der Oberschwingungsordnungstabelle und die Spektralberechnungen auf bestimmte Teile der Eingangssignale zu gaten. Abbildung 8 zeigt ein solches Zoom+Gate, angewendet auf den Beginn der Erfassung, wo der aktuelle THD am höchsten war.

In Abbildung 8 können wir sehen, dass die B- und C-Phasen eine signifikante dritte und neunte harmonische Komponente hinzufügen, während die A-Phase dies nicht tut.

Fazit

Motorantriebe mit variabler Frequenz sind stark nichtlineare Lasten und erzeugen eine erhebliche Verzerrung am Eingang des Antriebs, die sich mit der angelegten Last ändert. Dieses dynamische Verhalten lässt sich leicht mit dem Teledyne LeCroy MDA messen. Somit kann der Motorantrieb schnell qualifiziert und optimiert werden, um die Leistung zu maximieren und die Verzerrung unter einer Vielzahl unterschiedlicher Betriebsbedingungen zu minimieren.