Měření při údržbě pohonů a motorů (3)

Proč je důležité kontrolovat i stejnosměrný meziobvod

V předchozím dílu seriálu jsme řekli proč a jak měřit vlastnosti sítě na svorkách vstupu měniče. Jak změny napětí a jeho nesymetrie mohou ovlivňovat provoz měniče. Dále jsme ukázali, jak měřit velikost zkreslení napětí a proudu a které harmonické složky a jak ovlivňují provoz motorů a pohonů. Které složky harmonických vytváří sám měnič.

V dnešním pokračování probereme, proč je důležité kontrolovat velikost a stav stejnosměrného napětí v mezi obvodu měniče a jakým způsobem jeho stav ověřit pomocí analyzátoru Fluke MDA 550.

Meziobvod je část měniče (obr. 1) za usměrňovačem a je zde vytvářeno stejnosměrné napětí, které slouží jako napájení následujících spínacích obvodů měniče. Ty produkují např. šířkově modulované impulzy, kterými jsou napájeny cívky motoru, a tak je vytvářen krouticí moment.

Obr. 1. Meziobvod je část měniče za usměrňovačem

Kvalita stejnosměrného napětí v této části měniče tedy zásadním způsobem ovlivňuje správnou činnost měniče. Pokud velikost tohoto napětí klesne pod potřebnou hodnotu, spínače měniče nepracují ve správném režimu a generují nižší napětí na svorkách motoru a může docházet i k přerušování chodu měniče. Napětí na meziobvodu musí být v čase stabilní, nemělo by poklesnout pod potřebnou velikost ani při nejvyšším mechanickém zatížení motoru. Mělo by obsahovat jen minimální velikost střídavé složky.

Velikost stejnosměrného napětí na meziobvodu je ovlivňováno několika faktory. Především velikostí, ale i tvarem napětí na vstupu měniče – usměrňovače. Dále stavem a konstrukcí usměrňovače a v neposlední řadě i velikostí a stavem filtračního kondenzátoru.

Obecně pokud je střídavé napájecí napětí na svorkách měniče nesinusové, jako např. na obr. 2, a jeho spektrum na obr. 3, má zploštělý tvar, výsledné napětí na meziobvodu bude vlivem tohoto zkreslení nižší, než by bylo v případě čistého sinusového napětí. Tato situace se nemusí týkat řízených usměrňovačů, kde však při vysoké míře rušení nebo poruše řídicích obvodů měnič ztratí DC napětí.

 
Obr. 2. Přiklad nesinusového střídavého napájecího napětí na svorkách měniče, Obr. 3. Spektrum nesinusového střídavého napájecího napětí

Napětí meziobvodu není z principu nikdy čistě stejnosměrné. Obsahuje určitou střídavou složku pulzujícího napětí. Pro ověření stabilní funkce měniče je třeba ověřit i velikost této složky.

Jak již bylo v minulých pokračováních zmíněno, 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 jeho tvar a mohou ovlivňovat i ostatní zařízení. Paradoxně ale za jistých okolností, např. při velkém přechodovém odporu na vstupní svorce, může měnič ovlivňovat tímto způsobem i sám sebe.

Velikost DC napětí může však být závislá i na mechanické zátěži napájeného motoru. „Tvrdost“ napájecího napětí, a i poměr střídavé složky je podstatně závislá na velikosti filtračního kondenzátoru. Pokud kapacita kondenzátoru neodpovídá zatížení pohonu, dynamicky, podle změn zátěže, tedy na základě provozního cyklu daného stroje, DC napětí může kolísat až pod hodnotu stability a měnič se odpojí.

Jak bylo dříve uvedeno, pokud je střídavé napájecí napětí měniče zkreslené, obsahuje-li tedy vyšší harmonické složky, budou se tyto harmonické vyskytovat i na pulzujícím napětí usměrňovače, respektive budou procházet filtračním kondenzátorem a budou jej nadměrně zahřívat více, než odpovídá jeho konstrukci. Vyšším oteplením dochází k rychlejšímu stárnutí kondenzátoru a ke snížení jeho kapacity. Kondenzátory však ztrácejí kapacitu i samovolně, tak říkajíc „od přírody“ nenápadně a pomalu. Obvod DC je pak „měkčí“ a naroste zvlnění napětí meziobvodu. Pokud velikost tohoto zvlnění dosahuje více jak několik procent, ovlivňuje stabilitu provozu měniče, protože se střídavá složka přenese až na spínací obvody.

Jak je zřejmé, důvodů pro kontrolu středního obvodu měniče je mnoho a jeho stav rozhoduje o provozuschopnosti a stabilitě celého pohonu. Dále je zřejmé, že pro ověření stavu meziobvodu nestačí běžný multimetr ani multimetr se záznamem. Je třeba kontrolovat rychlé změny, a proto má analyzátor pohonů Fluke MDA 550 pro ověření meziobvodu samostatnou funkci.

Volbou z hlavního menu na obr. 4 se zvolí DC meziobvod. Po této volbě je zobrazeno připojení k měniči a v dalším podmenu přístroj nabídne volbu měření DC složky nebo úrovně střídavé složky (obr. 5).

Obr. 4. Volbou z hlavního menu se zvolí DC meziobvod

Obr. 5. Volba měření DC složky nebo úrovně střídavé složky

V této chvíli lze zkontrolovat hodnotu a stabilitu stejnosměrné sběrnice a vliv zpětné vazby a brzdění (pokud to měnič podporuje). S výjimkou vstupů řízených usměrňovačů (IGBT) by napětí mělo být přibližně 1,31 až 1,41násobek efektivní hodnoty síťového napětí. Nízké stejnosměrné napětí může pohon vypnout. Nízká úroveň DC napětí, jak bylo řečeno, může být způsobena nízkým vstupním síťovým napětím nebo jeho zkreslením harmonickými složkami. Při zkreslení vyšším než 3 % je napětí meziobvodu v pásmu nejistoty.

Pomocí funkce ZÁZNAM (obr. 6) je možné v této chvíli zkontrolovat kolísání stejnosměrného napětí v průběhu času a ověřit tak, že během cyklu stroje díky zátěži nedochází k jeho významnému poklesu a ověřit také i stav kondenzátoru.

 
Obr. 6. Funkce ZÁZNAM, Obr. 7. Analyzátor pohonů Fluke MDA 550

Po převodu střídavého napětí na stejnosměrné zůstane na DC sběrnici mírná složka zvlnění. Její tvar bude záviset na principu usměrnění. Lze tak ověřit stav jednotlivých ventilů usměrňovače. Pokud totiž mají vrcholy zvlnění (obr. 5) jinou opakující se úroveň, došlo k poruše některého z usměrňovačů.

Zvlnění napětí nad 40 V signalizuje problém s kondenzátorem. Mohlo dojít ke snížení jeho kapacity nebo jeho velikost je poddimenzována pro daný motor a zátěž. I při této volbě lze pomocí funkce RECORD zkontrolovat kolísání napětí zvlnění v průběhu času a ověřit změny zvlnění v průběhu zatěžovacího cyklu pohonu.

Jak je zřejmé, vlastnosti DC sběrnice nejsou bezvýznamné pro správný chod měniče a celého pohonu a využitím funkcí analyzátoru pohonů Fluke MDA 550 (obr. 7) je může velmi snadno ověřit i méně zdatný technik.

Příští část seriálu se bude věnovat měřením na výstupu měniče a vstupu motoru a využitím Fluke MDA 550 pro tuto část pohonu. Podrobnosti či předvedení analyzátoru Fluke MDA550 lze získat u zástupce firmy Fluke společnosti Blue Panther, s. r. o. 

Měření při údržbě pohonů a motorů (2)