5. díl - Proč je důležité měřit i na stejnosměrném meziobvodu

Seriál Měření při údržbě pohonů a motorů pro časopis ELEKTRO - č. 5/2016.
Autor - ing. Jaroslav Smetana

V předchozím díle seriálu bylo řečeno proč a jak měřit vlastnosti sítě na svorkách vstupu měniče. Jak změny napětí a jeho nesymetrie mohou ovlivňovat provoz měniče. Dále bylo popsáno, jak měřit velikost zkreslení napětí a proudu a které harmonické složky a jak ovlivňují provoz motorů a pohonů a zmíněny byly i složky harmonických, které vytváří sám měnič.

V tomto pokračování je vysvětleno, 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 a je zde vytvářeno stejnosměrné napětí, které slouží k napájení následných spínacích obvodů měniče. Ty produkují například šířkově modulované impulzy, kterými jsou dále napájeny cívky motoru, a tak je vytvářen krouticí moment motoru.

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

Kvalita stejnosměrného napětí v této části měniče tedy zásadním způsobem ovlivňuje správnou činnost měniče. Jestliže velikost tohoto napětí klesne pod požadovanou hodnotu, spínače měniče pracují ve špatném režimu a generují nižší napětí na svorkách motoru. Napětí na meziobvodu musí být v čase stabilní a nesmí obsahovat střídavou složku, nebo tato složka musí být minimální.

Velikost stejnosměrného napětí na meziobvodu je především ovlivňována velikostí napětí na vstupu usměrňovače, tedy napětím sítě, ale ve skutečnosti nejen tím. Má na ni vliv i tvar tohoto napájecího napětí. Při usměrnění napětí usměrňovačem měniče je velikost výsledného stejnosměrného napětí dána i tvarem napětí přiváděného na usměrňovač a toto napětí obsahuje i jisté střídavé zvlnění (obr. 2). Toto zvlnění je ovlivněno kapacitou filtračního kondenzátoru. A zde může nastat mnoho různých situací, které ovlivní velikost a stabilitu stejnosměrného napětí i jeho zvlnění.

Obr. 2. Tvar napětí přiváděného na usměrňovač

Jak bylo zmíněno již v minulých pokračováních, měnič odebírá z napájecí sítě nesinusový proud, např. proud odebíraný třífázovým šestipulzním usměrňovačem obsahuje významný podíl 5. a 7. harmonické. Tyto složky se díky impedanci napájecí sítě zčásti mohou přenést na napětí sítě, a ovlivní tak tvar napětí sítě, která napájí vlastní měnič i ostatní zařízení. Paradoxně může za jistých okolností měnič ovlivňovat tímto způsobem sám sebe. Obecně tedy, když je napájecí napětí na svorkách měniče nesinusové, jako např. na obr. 3, a jeho spektrum na obr. 4, výsledné napětí na meziobvodu je nižší, než by bylo v případě čistého sinusového napětí.

Obr. 3. Nesinusové napětí na svorkách měniče

Obr. 4. Spektrum napětí na svorkách měniče

Moderní měniče obsahují různé regulátory na straně DC, které tomuto mají zabránit, nicméně i ty mají své regulační meze, a proto je třeba kontrolovat velikost napětí meziobvodu. K tomu by bylo zdánlivě možné použít běžný multimetr. Protože však napětí meziobvodu není nikdy čistě stejnosměrné a obsahuje určitou složku pulzujícího střídavého napětí, je třeba ověřit i velikost této pulzující složky. K tomuto měření je nejvhodnější použít průmyslový osciloskop, který kromě velikosti DC ukáže velikost střídavé složky a ověří se jím i její tvar. Jak již bylo uvedeno, když je střídavé napájecí napětí měniče zkreslené a obsahuje vyšší harmonické, budou se tyto harmonické vyskytovat i na pulzujícím napětí usměrňovače, čili budou procházet filtračním kondenzátorem a budou jej nadměrně zahřívat. 

Obr. 5. Střídavá složka za usměrňovačem

Protože kondenzátory používané v této části měniče jsou kondenzátory elektrolytické, větším oteplením rychleji stárnou a ztrácejí kapacitu, tím roste i zvlnění napětí meziobvodu.
Jestliže velikost tohoto zvlnění dosahuje více než několik procent, ovlivňuje stabilitu provozu měniče nebo se střídavá složka přenese až na spínací obvody. To je tedy zásadní důvod pro to, aby se ověřila nejen velikost DC napětí, ale i velikost a tvar střídavé složky, která může mít tvar jako na obr. 5. Kontrolou osciloskopem navíc lze zjistit další informace o stavu usměrňovače, kdy se například poškození některé z usměrňovacích diod projeví na tvaru pulzů střídavé složky napětí na meziobvodu. Pro toto měření je zásadně třeba 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 hlediska bezpečnosti měření, protože nejsou dostatečně elektricky odolné proti špičkám napětí. 

Obr. 6. Scopemeter Fluke 190-XXX

Jako vhodný osciloskop lze pro tato měření doporučit jen přístroje Fluke řady Scopemeter Fluke 190-XXX (obr. 6), které momentálně patří mezi jediné vyhovující pro tato měření.
O bezpečnosti měřicích přístrojů pro průmyslová měření a o měření na výstupu měniče, proč lze na výstupu měniče měřit jen osciloskopem, a o dalším bude příští pokračování
tohoto seriálu.

Dokumenty ke stažení

Fotografie

Analyzátory pohonů Fluke MDA-550 řady III

Šetří čas a eliminují složité nastavování při komplexních měřeních a zjednodušují hledání problémů (nejen) na frekvenčních měničích.

Scopemetr Fluke 190-504

Dvou až čtyřkanálový přenosný digitální bateriový scopemetr Fluke 190-504 v sobě spojuje ty nejvyšší bezpečnostní požadavky, odolnost, přenosnost, vysoký výkon. Splňuje požadavky bezpečnostní kategorie CAT III 1 000 V / CAT IV 600 V. Fluke 190-504 je zkušebním přístrojem, navrženým pro provozní techniky údržby do drsných, znečištěných a rizikových průmyslových prostředí.