Investigasi Rugi Motor Inverter Menggunakan Fungsi Power Spectrum Analysis (PSA).
pengantar
Beberapa tahun terakhir telah terlihat kemajuan dalam pengembangan inverter efisiensi tinggi menggunakan perangkat semikonduktor daya SiC dan GaN, yang mampu melakukan peralihan berkecepatan tinggi. Namun, hanya daya gelombang fundamental yang berkontribusi langsung terhadap gaya rotasi motor yang digerakkan inverter. Artinya seluruh komponen gelombang fundamental berfrekuensi tinggi hilang sebagai energi yang tidak berguna (dalam bentuk panas, suara, dan getaran). Akibatnya, para insinyur yang mengembangkan sistem motor inverter efisiensi tinggi fokus pada pengurangan kehilangan daya frekuensi tinggi. Mereka membutuhkan data pengukuran daya yang akurat untuk menganalisis faktor-faktor yang berkontribusi terhadap kerugian tersebut.
Catatan aplikasi ini menjelaskan bagaimana fungsi Analisis Spektrum Daya (PSA) Power Analyzer PW8001 presisi tinggi berbeda dari fungsi analisis harmonik yang disediakan oleh penganalisis daya biasa. Selanjutnya artikel ini akan memperkenalkan bagaimana PSA dapat digunakan untuk memperkirakan faktor kerugian pada motor inverter.
Perbedaan antara analisis harmonik dan analisis FFT
Gambar 1 mengilustrasikan spektrum frekuensi keluaran daya aktif dari inverter. Output daya dari inverter mencakup frekuensi fundamental (yang menggerakkan motor) dan harmoniknya (ditunjukkan dengan warna biru), serta frekuensi pembawa inverter dan harmoniknya (ditunjukkan dengan warna kuning). Karena hanya frekuensi dasar yang menyediakan energi untuk menggerakkan motor, daya pada frekuensi lain dianggap sebagai rugi-rugi. Analisis harmonik dan Analisis Spektrum Daya PW8001 (yang pada dasarnya adalah “FFT daya”) keduanya digunakan dalam analisis frekuensi kehilangan daya, namun untuk tujuan yang berbeda. Analisis harmonik cocok untuk menganalisis domain frekuensi rendah (termasuk frekuensi fundamental) sedangkan analisis FFT cocok untuk menganalisis komponen frekuensi pembawa frekuensi tinggi. Mari kita periksa perbedaan kedua jenis analisis ini.
Gambar 1: Spektrum frekuensi keluaran daya aktif dari inverter
Apa itu analisis transformasi Fourier cepat (FFT)?
Analisis FFT mengubah sinyal menjadi komponen frekuensinya dan menampilkan spektrum yang menunjukkan kekuatan komponen tersebut.
Karena analisis FFT menampilkan arus dan tegangan semua komponen frekuensi (bukan hanya harmonik), hal ini membuatnya cocok untuk menganalisis frekuensi pembawa inverter (frekuensi switching) yang tidak berhubungan dengan kecepatan putaran motor. Karena frekuensi pembawa tetap konstan setiap saat, seseorang dapat secara intuitif dan terus menerus menilai fluktuasi tegangan dan arus pada sumbu frekuensi.
Fungsi Power Spectrum Analysis (PSA) dari Power Analyzer PW8001 presisi tinggi
PW8001 menyediakan fungsi Power Spectrum Analysis (PSA), analisis FFT daya aktif. Ini merupakan evolusi dari FFT tradisional yang menganalisis tegangan dan/atau arus. Namun mengapa standar daya FFT ini tidak ada di pasaran? Dan mengapa Hioki dapat memberikan kepercayaan diri seperti itu kepada dunia? Jawaban atas kedua pertanyaan ini terletak pada karakteristik fase. Karena karakteristik fasa alat ukur konvensional tidak cukup baik untuk mengukur daya pada frekuensi tinggi secara andal, analisis daya pada sumbu spektrum menjadi tidak praktis. Misalnya, jika sensor arus memiliki karakteristik frekuensi tinggi yang buruk, spektrum daya FFT motor yang digerakkan inverter dapat diukur sebagai negatif. Hal ini karena kesalahan fasa pada frekuensi tinggi terlalu besar sehingga berdampak negatif pada penggandaan arus dan tegangan menjadi daya. Dengan cara ini, meskipun analisis frekuensi arus atau tegangan mungkin baik-baik saja, karakteristik frekuensi sensor arus atau alat ukur menghasilkan analisis FFT daya frekuensi tinggi yang tidak dapat diandalkan. Namun, PW8001 memiliki karakteristik fase yang sangat baik dan bekerja bersama-sama dengan sensor arus Hioki yang juga memiliki karakteristik fase terbaik di pasaran. Hal ini memungkinkan analisis FFT daya aktif pita lebar yang sangat akurat yaitu Analisis Spektrum Daya (PSA). Selain itu, sinergi khas Hioki antara alat ukur canggih dan sensor arus memungkinkan pengenalan sensor secara otomatis dan koreksi Pergeseran Fase otomatis terhadap kesalahan fase frekuensi tinggi. Hal ini memastikan phase correction mudah dan cepat, bebas dari kesalahan manusia.
PSA adalah fungsi baru yang disediakan dengan percaya diri oleh Hioki. Analisis FFT daya aktif ini secara khusus cocok untuk analisis kehilangan daya frekuensi tinggi. Itu tersedia dengan pembaruan firmware PW8001 Versi 2.0. Tabel 1 memberikan ikhtisar spesifikasi fungsi Analisis Spektrum Daya (PSA) PW8001.
Tabel 1: gambaran umum spesifikasi fungsi Power Spectrum Analysis (PSA).
| Barang | Spesifikasi |
|---|---|
| channel pengukuran |
|
| Jenis perhitungan |
|
| Jumlah kemungkinan poin FFT | 1,000/5,000/10,000/50,000/100,000/500,000/1,000,000/5,000,000 |
| Anti-aliasing | Filter digital diterapkan secara otomatis |
| Fungsi jendela | Persegi panjang, hamming, bagian atas datar |
| Frekuensi analisis maksimum |
|
Menggunakan Analisis Spektrum Daya untuk memperkirakan faktor-faktor yang berkontribusi terhadap kerugian motor inverter
Fungsi Analisis Spektrum Daya memungkinkan untuk menganalisis faktor kerugian yang tidak dapat dinilai dengan kemampuan analisis harmonik penganalisis daya pada umumnya. Perhatikan contoh pengukuran rugi-rugi daya harmonik berikut pada motor yang digerakkan oleh inverter.
Kehilangan daya harmonik pada motor yang digerakkan oleh inverter
Diketahui bahwa ketika motor sinkron magnet permanen atau motor induksi digerakkan oleh inverter, kehilangan inti motor meningkat karena efek arus harmonik yang disebabkan oleh switching. Demikian pula, jika wire persegi digunakan untuk koil, arus yang tidak seimbang di wire menyebabkan peningkatan kehilangan inti ketika motor beroperasi pada kecepatan tinggi. Dengan mengamati nilai daya frekuensi tinggi yang tidak membantu menggerakkan motor dan distribusi frekuensi terkait secara real time, dimungkinkan untuk mengembangkan pemahaman intuitif tentang bagaimana perubahan kecepatan rotasi motor dan kondisi torsi memengaruhi kehilangan daya frekuensi tinggi. Teknik ini dapat memberikan petunjuk penting dalam analisis loss factor sehingga kehilangan daya frekuensi tinggi seperti core loss dan AC copper loss dapat diisolasi dari losses mekanis pada desain motor.
Gambar 2 menunjukkan kehilangan daya harmonik dalam waveform penggerak motor inverter yang diamati pada layar fungsi Power Spectrum Analysis (PSA) PW8001. Dalam contoh ini, Analisis Spektrum Daya PW8001 dilakukan pada bentuk gelombang keluaran inverter 3 fase dengan frekuensi pembawa 16 kHz. Hal ini memungkinkan Anda untuk mengamati frekuensi pembawa dan spektrum daya harmonik yang terkait. Pada layar yang sama, Anda dapat memeriksa frekuensi spektrum dan nilai daya tertentu, yang disajikan sebagai daftar “10 Teratas”. Selanjutnya, Anda dapat menyimpan semua data sebagai file CSV untuk digunakan dalam analisis mendetail.
Gambar 2: Tampilan fungsi Power Spectrum Analysis (PSA).
Kesimpulan
Berkat sensor arus dengan karakteristik frekuensi luar biasa dan teknologi phase correction otomatis, Power Analyzer PW8001 menawarkan kemampuan berharga untuk mengevaluasi kinerja motor inverter. Hal ini memungkinkan penganalisis daya menghasilkan hasil pengukuran pita lebar yang akurat sekaligus memberikan wawasan cepat mengenai kehilangan daya frekuensi tinggi melalui fungsi Analisis Spektrum Daya. Hioki mengundang para insinyur yang bekerja untuk mencapai peningkatan efisiensi konversi daya sebesar 0,1% untuk mencoba instrumen tersebut, yang secara unik mampu membantu penyelidikan kehilangan daya.
Untuk detail lengkap tentang produk kami, jelajahi halaman produk PW8001. Jika Anda tertarik dengan demonstrasi atau memerlukan panduan untuk aplikasi tertentu, jangan ragu untuk menghubungi kami. Kami di sini untuk membantu menyesuaikan solusi dengan kebutuhan Anda.
