การตรวจสอบการสูญเสียมอเตอร์อินเวอร์เตอร์โดยใช้ฟังก์ชันการวิเคราะห์สเปกตรัมกำลัง (PSA)
บทนำ
ในช่วงไม่กี่ปีมานี้ เราได้เห็นความก้าวหน้าในการพัฒนาอินเวอร์เตอร์ประสิทธิภาพสูงโดยใช้อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลัง SiC และ GaN ซึ่งสามารถสลับความเร็วสูงได้ อย่างไรก็ตาม เฉพาะกำลังคลื่นพื้นฐานเท่านั้นที่มีส่วนโดยตรงต่อแรงหมุนของมอเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยอินเวอร์เตอร์ ซึ่งหมายความว่าส่วนประกอบความถี่สูงทั้งหมดของคลื่นพื้นฐานจะสูญเสียไปเป็นพลังงานที่ไร้ประโยชน์ (ในรูปของความร้อน เสียง และการสั่นสะเทือน) ด้วยเหตุนี้ วิศวกรที่พัฒนาระบบมอเตอร์อินเวอร์เตอร์ประสิทธิภาพสูงจึงมุ่งเน้นไปที่การลดการสูญเสียพลังงานความถี่สูง พวกเขาต้องการข้อมูลการวัดกำลังที่แม่นยำเพื่อวิเคราะห์ปัจจัยที่ทำให้เกิดการสูญเสียดังกล่าว
หมายเหตุการใช้งานนี้จะอธิบายว่าฟังก์ชันการวิเคราะห์สเปกตรัมพลังงาน (PSA) ของเครื่องวิเคราะห์กำลังไฟฟ้าที่มีความแม่นยำสูง PW8001 แตกต่างจากฟังก์ชันการวิเคราะห์ฮาร์มอนิกที่มีในเครื่องวิเคราะห์กำลังทั่วไปอย่างไร นอกจากนี้ บทความนี้จะแนะนำวิธีที่ PSA สามารถใช้ในการประมาณค่าปัจจัยการสูญเสียในมอเตอร์อินเวอร์เตอร์
ความแตกต่างระหว่างการวิเคราะห์ฮาร์มอนิกและการวิเคราะห์ FFT
รูปที่ 1 แสดงสเปกตรัมความถี่ของกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานจากอินเวอร์เตอร์ กำลังเอาท์พุตจากอินเวอร์เตอร์ประกอบด้วยความถี่พื้นฐาน (ซึ่งขับเคลื่อนมอเตอร์) และฮาร์โมนิคของอินเวอร์เตอร์ (แสดงเป็นสีน้ำเงิน) และความถี่พาหะของอินเวอร์เตอร์และฮาร์โมนิคของอินเวอร์เตอร์ (แสดงเป็นสีเหลือง) เนื่องจากมีเพียงความถี่พื้นฐานเท่านั้นที่ให้พลังงานในการขับเคลื่อนมอเตอร์ กำลังของความถี่อื่นจึงถือเป็นการสูญเสีย การวิเคราะห์ฮาร์มอนิกและการวิเคราะห์สเปกตรัมพลังงานของ PW8001 (ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วคือ "พลังงาน FFT") ถูกนำมาใช้ในการวิเคราะห์ความถี่ของการสูญเสียพลังงาน แต่เพื่อวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน การวิเคราะห์ฮาร์มอนิกเหมาะสำหรับการวิเคราะห์โดเมนความถี่ต่ำ (รวมถึงความถี่พื้นฐาน) ในขณะที่การวิเคราะห์ FFT เหมาะสำหรับการวิเคราะห์ส่วนประกอบความถี่พาหะความถี่สูง เรามาตรวจสอบว่าการวิเคราะห์ทั้งสองประเภทนี้แตกต่างกันอย่างไร
รูปที่ 1: สเปกตรัมความถี่ของกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานจากอินเวอร์เตอร์
การวิเคราะห์การแปลงฟูเรียร์แบบเร็ว (FFT) คืออะไร
การวิเคราะห์ FFT จะแปลงสัญญาณให้เป็นส่วนประกอบความถี่ และแสดงสเปกตรัมที่บ่งบอกถึงจุดแข็งของส่วนประกอบเหล่านั้น
เนื่องจากการวิเคราะห์ FFT แสดงกระแสและแรงดันไฟฟ้าของส่วนประกอบความถี่ทั้งหมด (ไม่ใช่แค่ฮาร์โมนิค) จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวิเคราะห์ความถี่พาหะของอินเวอร์เตอร์ (ความถี่สวิตชิ่ง) ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับความเร็วในการหมุนของมอเตอร์ เนื่องจากความถี่พาหะคงที่ตลอดเวลา เราจึงสามารถประเมินความผันผวนของแรงดันและกระแสบนแกนความถี่ได้อย่างเป็นธรรมชาติและต่อเนื่อง
ฟังก์ชันการวิเคราะห์สเปกตรัมพลังงาน (PSA) ของเครื่องวิเคราะห์พลังงานความแม่นยำสูง PW8001
PW8001 มีฟังก์ชันการวิเคราะห์สเปกตรัมกำลัง (PSA) ซึ่งเป็นการวิเคราะห์ FFT ของกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานอยู่ เป็นวิวัฒนาการของ FFT แบบดั้งเดิมที่วิเคราะห์แรงดันและ/หรือกระแส แต่เหตุใดมาตรฐานพลังงาน FFT จึงไม่มีอยู่ในตลาด? และเหตุใดฟังก์ชันที่ ฮิโอกิ จึงสามารถมอบความมั่นใจให้กับโลกได้เช่นนี้? คำตอบสำหรับคำถามทั้งสองนี้อยู่ในลักษณะของเฟส เนื่องจากคุณลักษณะเฟสของเครื่องมือวัดแบบเดิมไม่ดีพอที่จะวัดกำลังในความถี่สูงได้อย่างน่าเชื่อถือ การวิเคราะห์กำลังบนแกนสเปกตรัมจึงทำไม่ได้ในทางปฏิบัติ ตัวอย่างเช่น หากเซ็นเซอร์ปัจจุบันมีลักษณะความถี่สูงที่ไม่ดี สเปกตรัมกำลัง FFT ของมอเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยอินเวอร์เตอร์อาจถูกวัดเป็นค่าลบ เนื่องจากข้อผิดพลาดของเฟสในความถี่สูงมากเกินไปจนส่งผลเสียต่อการคูณกระแสและแรงดันไฟฟ้าเป็นกำลัง ด้วยวิธีนี้ แม้ว่าการวิเคราะห์ความถี่ของกระแสหรือแรงดันไฟฟ้าอาจจะดี แต่ลักษณะความถี่ของเซ็นเซอร์กระแสหรือเครื่องมือวัดส่งผลให้การวิเคราะห์ FFT ของกำลังความถี่สูงไม่น่าเชื่อถือ อย่างไรก็ตาม PW8001 มีลักษณะเฟสที่ยอดเยี่ยมและทำงานควบคู่กับเซ็นเซอร์ปัจจุบันของ ฮิโอกิ ซึ่งมีลักษณะเฟสระดับบนสุดของตลาดด้วย ซึ่งช่วยให้สามารถวิเคราะห์ FFT ที่กำลังใช้งานในย่านความถี่กว้างได้อย่างแม่นยำสูง ซึ่งก็คือ Power Spectrum Analysis (PSA) นอกจากนี้ การทำงานร่วมกันอันเป็นเอกลักษณ์ของ ฮิโอกิ ระหว่างเครื่องมือวัดขั้นสูงและเซ็นเซอร์ปัจจุบันทำให้สามารถจดจำเซ็นเซอร์ได้โดยอัตโนมัติและแก้ไข Phase Shift อัตโนมัติสำหรับข้อผิดพลาดของเฟสความถี่สูง ช่วยให้แก้ไขเฟสได้ง่ายและรวดเร็ว ปราศจากข้อผิดพลาดจากมนุษย์
PSA เป็นฟังก์ชันใหม่ที่ได้รับความไว้วางใจจาก ฮิโอกิ การวิเคราะห์ FFT ของพลังงานที่ใช้งานอยู่นี้เหมาะเป็นพิเศษสำหรับการวิเคราะห์การสูญเสียพลังงานความถี่สูง มีให้พร้อมกับการอัปเดตเฟิร์มแวร์ของ PW8001 เวอร์ชัน 2.0 ตารางที่ 1 แสดงภาพรวมข้อมูลจำเพาะของฟังก์ชันการวิเคราะห์สเปกตรัมพลังงาน (PSA) ของ PW8001
ตารางที่ 1: ภาพรวมข้อมูลจำเพาะของฟังก์ชัน Power Spectrum Analysis (PSA)
| สิ่งของ | ข้อมูลจำเพาะ |
|---|---|
| ช่องทางการวัด |
|
| ประเภทการคำนวณ |
|
| จำนวนคะแนน FFT ที่เป็นไปได้ | 1,000/5,000/10,000/50,000/100,000/500,000/1,000,000/5,000,000 |
| ต่อต้านนามแฝง | ตัวกรองดิจิตอลจะถูกใช้โดยอัตโนมัติ |
| ฟังก์ชั่นหน้าต่าง | ทรงสี่เหลี่ยม ทรงแบน ทรงแบน |
| ความถี่การวิเคราะห์สูงสุด |
|
การใช้การวิเคราะห์สเปกตรัมกำลังเพื่อประมาณปัจจัยที่มีส่วนทำให้อินเวอร์เตอร์-มอเตอร์สูญเสีย
ฟังก์ชันการวิเคราะห์สเปกตรัมกำลังทำให้สามารถวิเคราะห์ปัจจัยการสูญเสียที่ไม่สามารถประเมินได้ด้วยความสามารถในการวิเคราะห์ฮาร์มอนิกของเครื่องวิเคราะห์กำลังทั่วไป ลองพิจารณาตัวอย่างต่อไปนี้ของการวัดการสูญเสียกำลังฮาร์มอนิกในมอเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยอินเวอร์เตอร์
การสูญเสียกำลังฮาร์มอนิกในมอเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยอินเวอร์เตอร์
เป็นที่ทราบกันดีว่าเมื่อมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรหรือมอเตอร์เหนี่ยวนำถูกขับเคลื่อนด้วยอินเวอร์เตอร์ การสูญเสียแกนมอเตอร์จะเพิ่มขึ้นเนื่องจากผลกระทบของกระแสฮาร์มอนิกที่เกิดจากการสวิตซ์ ในทำนองเดียวกัน หากใช้ลวดสี่เหลี่ยมสำหรับขดลวด กระแสไฟฟ้าที่ไม่สมดุลในเส้นลวดจะทำให้สูญเสียแกนเพิ่มขึ้นเมื่อมอเตอร์ทำงานด้วยความเร็วสูง ด้วยการสังเกตค่ากำลังความถี่สูงที่ไม่ช่วยขับเคลื่อนมอเตอร์และการกระจายความถี่ที่เกี่ยวข้องแบบเรียลไทม์ จึงเป็นไปได้ที่จะพัฒนาความเข้าใจโดยสัญชาตญาณว่าการเปลี่ยนแปลงความเร็วการหมุนของมอเตอร์และสภาวะแรงบิดส่งผลต่อการสูญเสียพลังงานความถี่สูงอย่างไร เทคนิคนี้สามารถให้เบาะแสที่สำคัญในการวิเคราะห์ปัจจัยการสูญเสีย เพื่อให้สามารถแยกการสูญเสียพลังงานความถี่สูง เช่น การสูญเสียแกนกลางและการสูญเสียทองแดง AC ออกจากการสูญเสียทางกลในการออกแบบมอเตอร์ได้
รูปที่ 2 แสดงการสูญเสียพลังงานฮาร์มอนิกในรูปคลื่นของไดรฟ์มอเตอร์อินเวอร์เตอร์ที่สังเกตได้บนหน้าจอฟังก์ชันการวิเคราะห์สเปกตรัมพลังงาน (PSA) ของ PW8001 ในตัวอย่างนี้ การวิเคราะห์สเปกตรัมพลังงานของ PW8001 ดำเนินการกับรูปคลื่นเอาท์พุตของอินเวอร์เตอร์ 3 เฟสที่มีความถี่พาหะ 16 kHz สิ่งนี้ทำให้คุณสามารถสังเกตความถี่พาหะและสเปกตรัมพลังงานฮาร์มอนิกที่เกี่ยวข้องได้ บนหน้าจอเดียวกัน คุณสามารถตรวจสอบความถี่สเปกตรัมเฉพาะและค่าพลังงานได้ ซึ่งจะแสดงเป็นรายการ "10 อันดับแรก" นอกจากนี้ คุณยังสามารถบันทึกข้อมูลทั้งหมดเป็นไฟล์ CSV เพื่อใช้ในการวิเคราะห์โดยละเอียดได้
รูปที่ 2: จอแสดงผลของฟังก์ชัน Power Spectrum Analysis (PSA)
บทสรุป
ด้วย เซ็นเซอร์ปัจจุบัน ที่มีคุณสมบัติความถี่ที่โดดเด่นและเทคโนโลยีการแก้ไขเฟสอัตโนมัติ เครื่องวิเคราะห์กำลัง PW8001 นำเสนอความสามารถอันมีค่าสำหรับการประเมินประสิทธิภาพมอเตอร์อินเวอร์เตอร์ ช่วยให้เครื่องวิเคราะห์กำลังให้ผลลัพธ์การวัดย่านความถี่กว้างที่แม่นยำ ขณะเดียวกันก็ให้ข้อมูลเชิงลึกอย่างรวดเร็วเกี่ยวกับการสูญเสียพลังงานความถี่สูงผ่านฟังก์ชันการวิเคราะห์สเปกตรัมกำลัง ฮิโอกิ เชิญชวนวิศวกรที่ทำงานเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงพลังงานตามลำดับ 0.1% ให้ลองใช้เครื่องมือนี้ ซึ่งสามารถช่วยในการตรวจสอบการสูญเสียพลังงานได้อย่างมีเอกลักษณ์
หากต้องการรายละเอียดที่ครอบคลุมเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ของเรา โปรดไปที่ หน้าผลิตภัณฑ์ PW8001 หากคุณสนใจในการสาธิตหรือต้องการคำแนะนำสำหรับการใช้งานเฉพาะ อย่าลังเลที่ จะติดต่อ เรา เราพร้อมให้ความช่วยเหลือในการปรับแต่งโซลูชันให้ตรงกับความต้องการของคุณ
