Điều tra tổn thất động cơ biến tần bằng chức năng phân tích phổ công suất (PSA)
Giới thiệu
Những năm gần đây đã chứng kiến sự tiến bộ trong việc phát triển các bộ biến tần hiệu suất cao sử dụng các thiết bị bán dẫn điện SiC và GaN, có khả năng chuyển đổi tốc độ cao. Tuy nhiên, chỉ có công suất sóng cơ bản mới đóng góp trực tiếp vào lực quay của động cơ điều khiển bằng biến tần. Điều này có nghĩa là tất cả các thành phần tần số cao của sóng cơ bản đều bị mất đi dưới dạng năng lượng vô dụng (dưới dạng nhiệt, âm thanh và rung động). Do đó, các kỹ sư phát triển hệ thống động cơ biến tần hiệu suất cao tập trung vào việc giảm tổn thất điện năng tần số cao. Họ cần dữ liệu đo công suất chính xác để phân tích các yếu tố góp phần gây ra tổn thất đó.
Ghi chú ứng dụng này giải thích sự khác biệt giữa chức năng Phân tích phổ công suất (PSA) của Máy phân tích công suất có độ chính xác cao PW8001 với các chức năng phân tích sóng hài do các máy phân tích công suất thông thường cung cấp. Hơn nữa, bài viết này sẽ giới thiệu cách sử dụng PSA để ước tính hệ số tổn thất trong động cơ biến tần.
Sự khác biệt giữa phân tích hài hòa và phân tích FFT
Hình 1 minh họa phổ tần số của công suất tác dụng từ bộ biến tần. Công suất đầu ra từ bộ biến tần bao gồm tần số cơ bản (điều khiển động cơ) và các sóng hài của nó (hiển thị bằng màu xanh lam), tần số sóng mang của biến tần và các sóng hài của nó (hiển thị bằng màu vàng). Vì chỉ có tần số cơ bản cung cấp năng lượng điều khiển động cơ nên công suất của các tần số khác được coi là tổn thất. Phân tích Sóng hài và Phân tích phổ công suất của PW8001 (về cơ bản là “FFT công suất”) đều được sử dụng trong phân tích tần số tổn thất điện năng nhưng cho các mục đích khác nhau. Phân tích Sóng hài phù hợp để phân tích các miền tần số thấp (bao gồm cả tần số cơ bản) trong khi phân tích FFT phù hợp để phân tích các thành phần tần số sóng mang tần số cao. Chúng ta hãy xem xét hai loại phân tích này khác nhau như thế nào.
Hình 1: Phổ tần số của công suất tác dụng đầu ra từ biến tần
Phân tích biến đổi Fourier nhanh (FFT) là gì?
Phân tích FFT chuyển đổi tín hiệu thành các thành phần tần số của nó và hiển thị phổ cho biết cường độ của các thành phần đó.
Do phân tích FFT hiển thị dòng điện và điện áp của tất cả các thành phần tần số (không chỉ sóng hài), điều này làm cho nó đặc biệt phù hợp để phân tích tần số sóng mang của biến tần (tần số chuyển mạch) không liên quan đến tốc độ quay của động cơ. Vì tần số sóng mang luôn không đổi nên người ta có thể đánh giá một cách trực quan và liên tục sự dao động của điện áp và dòng điện trên trục tần số.
Chức năng Phân tích phổ công suất (PSA) của Máy phân tích công suất có độ chính xác cao PW8001
PW8001 cung cấp chức năng Phân tích phổ công suất (PSA), phân tích FFT về công suất hoạt động. Đây là sự phát triển của FFT truyền thống nhằm phân tích điện áp và/hoặc dòng điện. Nhưng tại sao FFT tiêu chuẩn năng lượng này không có trên thị trường? Và tại sao Hioki lại có thể tự tin cung cấp cho thế giới chức năng đó? Câu trả lời cho cả hai câu hỏi này nằm ở đặc điểm pha. Do đặc tính pha của các thiết bị đo thông thường không đủ tốt để đo công suất ở tần số cao một cách đáng tin cậy nên việc phân tích công suất trên trục phổ trở nên không thực tế. Ví dụ: nếu cảm biến dòng điện có đặc tính tần số cao kém, phổ công suất FFT của động cơ điều khiển biến tần có thể được đo là âm. Điều này là do sai số pha ở tần số cao quá lớn nên ảnh hưởng tiêu cực đến việc nhân dòng điện và điện áp thành nguồn điện. Bằng cách này, mặc dù phân tích tần số của dòng điện hoặc điện áp có thể ổn, nhưng đặc tính tần số của cảm biến dòng điện hoặc dụng cụ đo dẫn đến phân tích FFT của công suất tần số cao không đáng tin cậy. Tuy nhiên, PW8001 có các đặc tính pha tuyệt vời và hoạt động song song với các cảm biến dòng điện của Hioki với các đặc tính pha hàng đầu trên thị trường. Điều này cho phép phân tích FFT công suất hoạt động băng rộng, có độ chính xác cao, đó là Phân tích phổ công suất (PSA). Hơn nữa, sức mạnh tổng hợp đặc trưng của Hioki giữa các thiết bị đo tiên tiến và cảm biến dòng điện cho phép tự động nhận dạng cảm biến và tự động điều chỉnh Dịch pha đối với lỗi pha tần số cao. Điều này đảm bảo việc điều chỉnh pha dễ dàng và nhanh chóng, tránh được lỗi của con người.
PSA là một chức năng mới được Hioki cung cấp một cách tự tin. Phân tích FFT về công suất tác dụng này đặc biệt phù hợp để phân tích tổn thất điện năng ở tần số cao. Nó được cung cấp cùng với bản cập nhật chương trình cơ sở Phiên bản 2.0 của PW8001. Bảng 1 cung cấp thông tin tổng quan về thông số kỹ thuật của chức năng Phân tích phổ công suất (PSA) của PW8001.
Bảng 1: tổng quan về thông số kỹ thuật của chức năng Phân tích phổ công suất (PSA)
| Mục | Thông số kỹ thuật |
|---|---|
| Thiết kênh đo lường |
|
| Kiểu tính toán |
|
| Số điểm FFT có thể có | 1,000/5,000/10,000/50,000/100,000/500,000/1,000,000/5,000,000 |
| Khử răng cưa | Bộ lọc kỹ thuật số được áp dụng tự động |
| Chức năng cửa sổ | Hình chữ nhật, hình chữ nhật, mặt phẳng |
| Tần số phân tích tối đa |
|
Sử dụng Phân tích phổ công suất để ước tính các yếu tố góp phần gây ra tổn hao động cơ biến tần
Chức năng Phân tích phổ công suất giúp có thể phân tích các yếu tố tổn thất không thể đánh giá được bằng khả năng phân tích hài hòa của máy phân tích công suất thông thường. Hãy xem xét ví dụ sau về đo tổn thất điện năng hài trong động cơ điều khiển bằng biến tần.
Mất điện Sóng hài trong động cơ điều khiển biến tần
Được biết, khi động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu hoặc động cơ cảm ứng được điều khiển bởi biến tần, tổn thất lõi động cơ tăng lên do ảnh hưởng của dòng điện hài do chuyển mạch. Tương tự, nếu dây vuông được sử dụng cho cuộn dây, dòng điện không cân bằng trong dây làm tăng tổn thất lõi khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao. Bằng cách quan sát các giá trị công suất tần số cao không giúp điều khiển động cơ và phân phối tần số liên quan trong thời gian thực, có thể phát triển sự hiểu biết trực quan về cách thay đổi tốc độ quay và điều kiện mô-men xoắn của động cơ ảnh hưởng đến tổn thất điện năng tần số cao. Kỹ thuật này có thể cung cấp manh mối quan trọng trong phân tích hệ số tổn thất để có thể cách ly tổn thất điện năng tần số cao như tổn thất lõi và tổn thất đồng AC khỏi tổn thất cơ học trong thiết kế động cơ.
Hình 2 cho thấy tổn thất điện năng hài hòa trong dạng sóng điều khiển động cơ biến tần được quan sát trên màn hình chức năng Phân tích phổ công suất (PSA) của PW8001. Trong ví dụ này, Phân tích phổ công suất của PW8001 được thực hiện trên dạng sóng đầu ra của biến tần 3 pha với tần số sóng mang là 16 kHz. Điều này cho phép bạn quan sát tần số sóng mang và phổ công suất hài liên quan của nó. Trên cùng một màn hình, bạn có thể kiểm tra các tần số phổ và giá trị công suất cụ thể, được trình bày dưới dạng danh sách “Top 10”. Hơn nữa, bạn có thể lưu tất cả dữ liệu dưới dạng tệp CSV để sử dụng trong phân tích chi tiết.
Hình 2: Màn hình hiển thị của chức năng Phân tích phổ công suất (PSA)
Sự kết luận
Nhờ các cảm biến dòng điện có đặc tính tần số vượt trội và công nghệ điều chỉnh pha tự động, Máy phân tích công suất PW8001 mang đến những khả năng quý giá để đánh giá hiệu suất của động cơ biến tần. Điều này cho phép máy phân tích công suất mang lại kết quả đo băng rộng, chính xác đồng thời cung cấp thông tin chi tiết nhanh chóng về tổn thất điện năng tần số cao thông qua chức năng Phân tích phổ công suất. Hioki mời các kỹ sư đang nỗ lực cải thiện hiệu suất chuyển đổi năng lượng ở mức 0,1% để dùng thử thiết bị này, thiết bị có khả năng hỗ trợ duy nhất trong việc điều tra tình trạng mất điện.
Để biết chi tiết toàn diện về các sản phẩm của chúng tôi, hãy khám phá trang sản phẩm PW8001. Nếu bạn quan tâm đến việc trình diễn hoặc cần hướng dẫn cho một ứng dụng cụ thể, đừng ngần ngại liên hệ với chúng tôi. Chúng tôi ở đây để giúp điều chỉnh các giải pháp phù hợp với nhu cầu của bạn.
