Leistungsmessung an elektrischen Antrieben

Transcrição

Yokogawa Deutschland GmbH
TEST & MEASUREMENT
TEST & MEASUREMENT
Test- und Messtechnik
Power Seminar
Bergische Universität Wuppertal
25.09.2013
Ugur Gürsoy
Produkt Support Power Meter
Precision Making
1
Yokogawa Deutschland GmbH
Niederlassung Herrsching
Test- und Messtechnik
Gewerbestr. 17
82211 Herrsching
Tel.: +49 8152 9310-0
Fax: +49 8152 9310-60
tmi.yokogawa.com/de
http://tmi.yokogawa.com/de
Inhalt
TEST & MEASUREMENT
Grundlagen der elektrischen Leistungsmessung
Elektrische Leistung bei Gleich- und Wechselstrom?
Harmonischen Analyse
Mechanische Leistung
Wie arbeitet ein Leistungsmessgerät?
3-phasige Leistungsmessung an elektrischen Antrieben
1-Phasensystem 1P2W
3-Phasensysteme
3-Wattmeter-Methode 3P4W
2-Wattmeter-Methode 3P3W
2-Wattmeter-Methode 3V3A mit zusätzlichem Wattmeter
DELTA Transformation
Zusammenfassung 3-Phasensysteme
Leistungsmessung an el. Antrieben
Messungen am Umrichter, Wirkungsgrad- und Verlustleistungsmessung
Spezifikation breitbandiger Leistungsmessgeräte
Transiente Leistungsmessung
2
Copyright © Yokogawa Electric Corporation
07/10/2013
TEST & MEASUREMENT
Grundlagen der
elektrischen Leistung.
3
TEST & MEASUREMENT
07/10/2013
Grundlagen
TEST & MEASUREMENT
Elektrische Leistung bei Gleichstrom
Gleichstrom (DC) :
dc
dc
I
Quelle
4
U
Last
07/10/2013
Grundlagen
TEST & MEASUREMENT
Elektrische Leistung bei Wechselstrom
I
~
5
Ohmsche Last
U
Induktive Last
I
~
U
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M
Grundlagen
TEST & MEASUREMENT
Elektrische Leistung bei Wechselstrom
Wechselstrom (AC):
eff
eff
Effektivwert
Effektivwert
φ
6
07/10/2013
Grundlagen
TEST & MEASUREMENT
Elektrische Leistung bei Wechselstrom allgemein
Wirkleistung allgemein, für nicht-sinusförmige, beliebige Signale:
P
W
λ=
Leistungsfaktor
0
Ueff *Ieff *λ
V * A
| |
λ
1
=
|
|
[dimensionslos]
Andere Bezeichnung: Power Factor PF
λ = cosϕ bei der Grundschwingung
7
07/10/2013
Grundlagen
TEST & MEASUREMENT
Leistungsfaktor-Messung bei Harmonischen
Leistungsfaktor
λ = cosϕ bei Grundschwingungen und Oberschwingungen
λ = cos(27,19°)
λ = 0,8895
λ = P1(1) / S1(1)
λ = 265,17 W / 298,13 VA
λ = 0,8895
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07/10/2013
Grundlagen
TEST & MEASUREMENT
Elektrische Leistung allgemein
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07/10/2013
Grundlagen
TEST & MEASUREMENT
Mechanische Leistung
Arbeit (Energie) wird verrichtet, wenn ein
Objekt über die Distanz L mit der Kraft F
verschoben wird.

Arbeit = F x L [Nm] = [J]

Einheit: Newton x Meter = Joule
Leistung 
Arbeit
Zeit
F
P
Distanz = L
10

F x L  Nm   J 

    Watt   W 

t
 s  s 
Leistung ist die pro Zeiteinheit verrichtete Arbeit.
07/10/2013
Grundlagen
TEST & MEASUREMENT
Meachanische Leistung bei Rotation (am Motor)
mech
Bei Rotation: Leistung ist proportional zu
Drehmoment * Drehzahl
Drehzahl n in Umdrehung pro Minute
Drehmoment M in Nm (Newton meter)
Mechanische Leistung Pmech in W (Watt)
11
07/10/2013
TEST & MEASUREMENT
12
TEST & MEASUREMENT
07/10/2013
Grundlagen
TEST & MEASUREMENT
Eine verzerrtes Signal besteht aus mehreren Sinuskurven mit mehrfachen
Frequenzen der Grundwelle.
Distorted wave
resolve
fundamental wave
3rd harmonic wave
5th harmonic wave
Amplitude
fundamental
component
3rd harmonic
5th harmonic
7th harmonic
7th harmonic wave
frequency
Die Harmonischen Analyse zerlegt ein verzerrtes Signal in einen DC-Anteil (falls
vorhaden), Grundwelle und die höheren Harmonischen.
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07/10/2013
Grundlagen
TEST & MEASUREMENT
Nur Harmonische gleicher
Ordnungszahl (Frequenz)
resultieren in Wirkungsleistung.
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07/10/2013
Grundlagen
TEST & MEASUREMENT
Klirrfaktor
Klirrfaktor = Oberschwingungsgehalt = Verzerrungsgehalt
Leistungsmessgeräte müssen in der Lage sein simultan (ohne
Messmodus Umschaltung) die Oberschwingungsanalyse
durchzuführen.
es müssen Effektivwerte von Strom uns Spannung gleichzeitig mit den Klirrfaktoren
bestimmt werden
bei Umrichtern/Motoren sollte die Messung von Gesamtleistung und
Grundschwingungsleistung ohne Umschaltung des Messmodus geschehen.
…
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TEST & MEASUREMENT
Wie arbeitet ein
Leistungsmessgerät?
TEST & MEASUREMENT
Digitalisieren und berechnen
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TEST & MEASUREMENT
Digitalisieren
1
0.5
0
1
‐0.5
‐1
1.5
1
0.5
0
1
‐0.5
‐1
‐1.5
17
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TEST & MEASUREMENT
Digitalisieren
1.5
1
U
0.5
0
‐0.5
1
3
5
7
9
11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51
‐1
‐1.5
1.5
1
I
0.5
0
‐0.5
1
3
5
7
9
11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51
‐1
‐1.5
0.8
0.6
0.4
P
0.2
0
‐0.2
1
3
5
7
9
11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51
‐0.4
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TEST & MEASUREMENT
Digitalisieren
1.5
1
U
0.5
0
‐0.5
1
‐1
‐1.5
1.5
1
I
0.5
0
‐0.5
1
‐1
‐1.5
0.8
0.6
0.4
P
0.2
0
‐0.2
1
‐0.4
19
07/10/2013
TEST & MEASUREMENT
Abtasten und Berechnen
0.8
1
0.6
∗
0.4
0.2
0
1
‐0.2
PeriodeT
u(t)
i(t)
T
Momentanwert der Spannung zur Zeit t
Momentanwert des Stromes zur Zeit t
Periodendauer
‐0.4
0.8
1
0.6
0.4
/
∗
Δ
0.2
0
1
‐0.2
‐0.4
20
Δt
Abtastintervall
u(k) Momentanwert der Spannung zur Zeit k
i(k) Momentanwert des Stromes zur Zeit k
T
Periodendauer
07/10/2013
TEST & MEASUREMENT
Prinzipschaltung digitaler Leistungsmesser
SpanungsEingang
StromEingang
21
u(t)
i(t)
Abgetastete
Momentanwerte
Spannung u(n)
A/D
A/D
Abgetastete
Momentanwerte
Strom i(n)
07/10/2013
DSP =
Digitaler
Signal
Prozessor
Zum
Systembus
TEST & MEASUREMENT
WT1800 Blockdiagramm
LowPassFilter =
Netzfilter =
Eingangsfilter 
beieinflusst das
Messsignal
Zero-crossing
detection =
Frequenzfilter
(einschalten wenn
die Grundfrequenz
nicht erkannt wird)
Current input und
Current sensor
/EXT input sind
miteinander
verbunden.
Deshalb nie
zusammen
versorgen!
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07/10/2013
TEST & MEASUREMENT
3-phasige
Leistungsmessung an
elektrischen Antrieben
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TEST & MEASUREMENT
07/10/2013
Grundlagen
TEST & MEASUREMENT
Blondel‘s Lehrsatz
Für die Messung der Gesamtleistung (in einem
mehrphasigen System) wird ein Wattmeter weniger benötigt
als die Anzahl der vorhandenen Leitungen.
1P 2W
1P 3W
1 Wattmeter
2 Wattmeter (auch Split Phase genannt - in USA bei Haushaltsgeräten üblich)
3P 3W
3P 4W
2 Wattmeter
3 Wattmeter
P = Phase
W = Wire
24
07/10/2013
Grundlagen
TEST & MEASUREMENT
1-Phasensystem (1P2W)
Power Meter
P = Urms • Irms • λ
iL (t)
iQ (t)
W
1 ~
Quelle
uQ (t)
1 ~
uL (t)
Last
Bei Einphasensystemen gibt es verdrahtungstechnisch wenig zu beachten.
Bei langen Leitungen könnten jedoch Leitungsimpedanzen einen Einfluss auf
das Ergebnis haben.
Messgeräteimpedanzen (YOKOGAWA U-Eingang einige MΩ, I-Eingang
wenige mΩ) spielen in der Antriebstechnik eigentlich keine Rolle, könnten aber
im Messgerät kompensiert werden
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07/10/2013
3-Phasensysteme
TEST & MEASUREMENT
Kompletter Testaufbau an drehzahlvariablen E-Motoren
Umrichter
Motor
Bremse
DC bzw.
1-phasige oder
3-phasige AC
Einspeisung
Drehzahl und
Drehmoment
Leistungsanalysator
WT1800
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07/10/2013
3-Phasensysteme
TEST & MEASUREMENT
Messfunktionen und
Berechnungen
Aronschaltung
27
Aronschaltung mit
zusätzlichem Wattmeter
07/10/2013
3-Phasensysteme
TEST & MEASUREMENT
3-Wattmeter-Methode (3P4W)
L1
3~
Quelle
mit
W
P1
W
L2
P2
3~
W
L3
P3
Last
mit
Sternpunkt
Nulleiter
N
U∑_rms = (U1rms + U2rms + U3rms ) / 3
I∑_rms = (I1rms + I2rms + I3rms ) / 3
P∑ = P1 + P2 + P3
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07/10/2013
3-Phasensysteme
TEST & MEASUREMENT
Gesamtleistung ist die Summe der drei Einzelleistungen. P∑ = P1 + P2 + P3
Symmetriebetrachtung möglich.
Aber: In der Antriebstechnik kaum einsetzbar, weil der Motorsternpunkt selten
herausgeführt ist.
29
07/10/2013
3-Phasensysteme
TEST & MEASUREMENT
3-Wattmeter-Methode (3P4W) mit künstlichem Sternpunkt
P1
3~
Quelle
L1
W
L2
3~
P2
W
Last
P3
ohne
Nulleiter
L3
ohne
W
Sternpunkt
P∑ = P1 + P2 + P3
Künstliche Sternpunktbildung über die drei Low-Buchsen des
Leistungsmessgeräts theoretisch möglich.
Problem: Springender Sternpunkt am Umrichterausgang 
Impedanzanpassung notwendig.
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07/10/2013
3-Phasensysteme
TEST & MEASUREMENT
3-Wattmeter-Methode (3P4W) mit künstlichem Sternpunktadapter
L1
U‐Eingänge
Powermeter
U1
R
C
U1
C
R
Umrichter
U2
U3
L3
L2
U3
R
U2
Motor
C
Sehr unterschiedliche Impedanzen von Spannungseingängen und Motorwicklung
führt zu unterschiedlichen Sternpunktpotentialen
Mit R = einige kΩ und C = einige nF wird ein virtueller Sternpunkt gebildet.
Es ist nicht der Motor-Sternpunkt. Es ein künstlich herausgezogener Mittelpunkt.
Ist die beste Alternative wenn es der Motor-Sternpunkt nicht herausgeführt ist.
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07/10/2013
3-Phasensysteme
TEST & MEASUREMENT
3-Wattmeter-Methode (3P4W) mit künstlichem Sternpunktadapter KSTP
WT Leistungsmessgerät
Einfache Verkabelung
U1, U2, U3 sind ohne Verkettung direkt in die
drei Leistungselemente einzustecken.
Mit R = einigen kΩ und C = einigen nF
wird die Impedanz der Eingänge
angepasst.
Einfache Verkabelung
U1, U2, U3 sind die drei
Phasenspannungen der Last
32
LAST
07/10/2013
3-Phasensysteme
TEST & MEASUREMENT
Messfunktionen und
Berechnungen
Aronschaltung
33
Aronschaltung mit
zusätzlichem Wattmeter
07/10/2013
3-Phasensysteme
TEST & MEASUREMENT
L1
I1
U12
I3
Quelle
U32
L3
Motor
L2
Vollkommen ohne Sternpunktbildung kommt die Zwei-Wattmeter-Methode
(Aronschaltung) aus.
Zwei-Wattmeter reichen für die Gesamtleistung aus, aber ein Rückschluss
auf die Leistungen der einzelnen Phasen ist nicht möglich.
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07/10/2013
3-Phasensysteme
TEST & MEASUREMENT
2-Wattmeter-Methode (3V3A) mit zusätzlichem Wattmeter
Herleitung der Aronschaltung:
Pges = Pa + Pb + Pc = Ua*Ia + Ub*Ib + Uc*Ic (aus 3P4W)
Es gelte die Bedingung: Ia + Ib + Ic = 0, d.h. kein Leckstrom
Daraus z.B.:
Ib = -Ia - Ic, oben eingesetzt:
Pges = Ua*Ia - Ub*(Ia + Ic) + Uc*Ic = (Ua-Ub)*Ia + (Uc-Ub)*Ic
Pges = Uab*Ia + Ucb*Ic = Pa + Pc
Es werden 2 Wattmeter für 2 Spannungen und 2 Ströme benötigt.
Problem: Ist die Bedingung Ia + Ib + Ic = 0 wirklich erfüllt?
35
07/10/2013
3-Phasensysteme
TEST & MEASUREMENT
L1
3~
Quelle
W
P1
I1
U12
3~
L2
U32
L3
W
P2
I2
Last
P1 = U12 • I1 • cosφ1
ohne
P2 = U32 • I3 • cosφ3
Sternpunkt
Ptotal = P1 + P2
Anstatt des Sternpunktes ist hier eine Phase die Referenz.
Es werden Aussenleiterspannungen gemessen.
Da nicht die Strangspannungen zum Mittelpunkt gemessen werden, machen
auch die Einzelleistungen keinen Sinn! Die Summenleistung stimmt.
Voraussetzung: keine Leckströme: i1 + i2 + i3 = 0 (Kirchhoffsches Gesetz)
 ist für Messungen am Umrichter nicht empfehlenswert
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07/10/2013
3-Phasensysteme
TEST & MEASUREMENT
L1
3~
L2
Quelle L
3
P1
I1
P3
I3
W
W
W
Last
I2
P2
3~
ohne
Sternpunkt
P1 = U12 • I1 • cosφ1
P2 = U32 • I3 • cosφ3
Ptotal = P1 + P2
Keine 3-Wattmeter-Methode! Aronschaltung mit zusätzlichem Wattmeter.
Es werden Aussenleiterspannungen gemessen (Dreieck).
Man erhält die Gesamtwirkleistung auch aus der Summe von zwei
Wattmetern!
Man beachte, dass keines der Wattmeter die korrekte Einzelleistung je
Phase anzeigt!
Statt Mittelpunkt dient auch bei 3V3A eine Phase als Referenz (vertauschbar.)
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07/10/2013
3-Phasensysteme
TEST & MEASUREMENT
ACHTUNG:
Bei der Aronschaltung werden die Spannungen in verkettetter Form
angeschlossen (im Dreieck).
Power Analyzer Rückseite
R
S
38
Elem2
T
Elem1
Elem2
Elem3
R
T
S
T
R
S
IRT+
IRT‐
IST+
IST‐
Elem 4, 5, 6
IRS+
IRS‐
07/10/2013
3-Phasensysteme
TEST & MEASUREMENT
Zusammenfassung 1
VORTEILE 3P4W (Stern)
VORTEILE 3V3A (Dreieck)
Die drei Wattmeter benutzen
den neutralen Leiter (MP) als
gemeinsame
Spannungsreferenz
Warum sollte man bei einer
Aronschaltung doch die 3V3A
Methode verwenden?
Jedes Wattmeter zeigt die
Leistung pro Phase an
Die Gesamtleistung aller 3
Phasen ist die algebraische
Summe der 3 einzelnen
Phasen.
39
Direkte Messung aller 3
Phasenströme zur Beobachtung
der Lastsymmetrie und
Leckströme ∆i = i1 + i2 + i3
Direkte Messung aller 3
Phasenspannungen zur
Beobachtung der
Generatorsymmetrie
07/10/2013
3-Phasensysteme
TEST & MEASUREMENT
Gegenseitige Umrechnung von Stern- und Dreieckskonfigurationen.
Auch bei 3-phasigen Systemen ohne Mittelpunktleiter werden Strangund Leiter-spannungen plus die einzelnen Phasenleistungen
angezeigt.
Somit werden alle elektrischen Werte und die Symmetrie eines 3Phasensytems in einer Messung analysiert.
WT3000, WT1800 und WT500 unterstützen die DELTA
Transformation
WT1800 bietet die umfangreichste DELTA Berechnung
40
07/10/2013
3-Phasensysteme
TEST & MEASUREMENT
Line Voltage and Phase Current (3P3W > 3V3A)
Die nicht mitgemessene Aussenleiterspannung und
Phasenstrom werden rechnerisch ermittelt
41
07/10/2013
3-Phasensysteme
TEST & MEASUREMENT
Urms Irms
P
Aron‐
Schaltung
3P3W
Aronschaltung
Zwei‐Wattmeter Methode
(Außenleiter‐
spannungen
UL1‐L2)
Berechnung der fehlenden
Strangspannung und des Phasenstroms
aus 3P3W
42
07/10/2013
3-Phasensysteme
TEST & MEASUREMENT
Delta-Star transformation (Delta > Star)
Star-Delta transformation (Star > Delta)
 Simultane Berechnung der einzelnen
Phasenspannungen, Phasenleistungen
und Neutralleiterstrom
 Simultane Berechnung der Außenleiterspannungen und Neutralleiterstrom
43
07/10/2013
3-Phasensysteme
TEST & MEASUREMENT
3V3A Aronschaltung
3P4W mit KSTP
mit zusätzlichem
Wattmeter
Drei-Wattmeter Methode
(Außenleiterspannung zu
Außenleiterspannung UL1-L2
werden gemessen)
(Phasenspannungen UL1-N
werden gemessen)
DELTA Measure:
DELTA Measure:
Gerechneter
Sternpunkt und
Phasenspannungen
aus 3V3A
44
Berechnung der
Außenleiterspannungen
aus 3P3W
Leckstrom
07/10/2013
3-Phasensysteme
TEST & MEASUREMENT
Zusammenfassung 2
Nahezu bei keinem modernen Motor wird der Mittelpunktleiter
herausgeführt.
Wir bieten für eine umfangreiche Analyse zwei messtechnische
Lösungen an:
KSTP
künstlicher
Sternpunktadapter
Verwendung eines künstlichen
Sternpunktes (virtuelle Masse), um
den Mittelpunkt zu simulieren und
mit der gewohnten 3P4W Methode
in Stern zu messen.
45
DELTA Berechnung
Die DELTA Funktion gestattet die
gegenseitige Transformation von Sternund Dreieckskonfigurationen.
DELTA Berechnung ist sowohl bei
3P4W als auch bei 3V3A sinnvoll!
07/10/2013
3-Phasensysteme
TEST & MEASUREMENT
Zusammenfassung 3
Am Besten: Zugang zum Mittelpunktsleiter vom Motor!
Phasenspannungen und –leistungen (in 3P4W) können direkt gemessen
werden
Motor ohne Sternpunkt
Künstlicher Sternpunktadapter (KSTP) ist die beste Alternative für die
Analyse der Strangspannungen
Somit können U, P und weitere Parameter (in 3P4W) auf die jeweilige
Phase bezogen gemessen und gerechnet werden
Jedes Wattmeter zeigt die Leistung pro Phase an
46
07/10/2013
3-Phasensysteme
TEST & MEASUREMENT
Zusammenfassung 4
3V3A Messung in Dreieckverdrahtung (Aronschaltung mit drei Wattmetern)
Es werden Aussenleiterspannungen gemessen
Keine Aussage über die Phasenspannungen, und –leistungen möglich
Gesamtwirkleistung wird aus der Summe von zwei Wattmetern gebildet
Keines der drei Wattmeter die zeigt korrekte Einzelleistung je Phase
anzeigt
Statt Mittelpunkt ist einer der drei Phasen die Referenz (vertauschbar)
DELTA Berechnung
47
Ist sowohl bei 3P4W als auch bei 3V3A sinnvoll!
Bei der Messung in 3P4W werden die Aussenleiterspannungen berechnet
Bei der Messung in 3V3A werden die einzelnen Phasenspannugen und
Phasenleistungen berechnet
Der Neutralleiterstrom (Ableitstrom) wird berchnet
Somit können alle elektrischen Werte und die Symmetrie eines 3-Phasen
Systems mit einer Messung auf einem Blick analysiert werden. Es muss
nicht neuverkabelt werden.
07/10/2013
TEST & MEASUREMENT
Umrichter Kurvenformen,
Wirkungsgrad- und
Verlustleistungsmessung
48
TEST & MEASUREMENT
07/10/2013
3-Phasensysteme
TEST & MEASUREMENT
Kompletter Testaufbau an drehzahlvariablen E-Motoren
1
2
Umrichter
Motor
3
Bremse
DC bzw.
1-phasige oder
3-phasige AC
Einspeisung
Drehzahl und
Drehmoment
Leistungsanalysator
WT1800
49
07/10/2013
TEST & MEASUREMENT
Was kann alles mit einem Leistungsanalysator gemessen werden?
1 Präzise Leistungsmessung am Eingang & Ausgang des Frequenzumrichters
Präzise Verlustleistungs- und Wirkungsgradberechnung
Messung anderer Parameter und Funktionen des elektrischen Antriebs
2 Präzise Messung der Motoreingangsleistung
Messung und Analyse des umrichterbetriebenen E-Motors
Wirk-, Blind-, und Scheinleistungen, Leistungsfaktor, u.v.a. Parameter im
dreiphasigen System
3 Präzise Messung der mechanischen Leistung
Drehmoment- und Drehzahlmessung für die Berechnung der mech. Leistung
Drehmoment- und Drehzahlkurven
Leistungsanalysatoren werden zur Messung elektrischer und mechanischer
Leistung eingesetzt


50
Alle Messungen werden simultan ausgeführt – ohne Zeitversatz zwischen
elektrischer und mechanischer Messung
Präzise Wirkungsgradbestimmung des Gesamtsystems
07/10/2013
TEST & MEASUREMENT
Messungen am Umrichter
51
07/10/2013
TEST & MEASUREMENT
52
07/10/2013
TEST & MEASUREMENT
Spannungsmessung am Frequenzumrichter
Breitbandige Effektivwertmessung und simultane HarmonischenAnalyse. Somit werden die Amplituden aller Harmonischen
berechnet.
Präzise Messung der Grundwelle, welches i.d.R. den E-Motor
antreibt.
Strommessung am Frequenzumrichter
Strom ist aufgrund der Induktivität des Motors weitgehend
sinusförmig
Breitbandige Effektivwertmessung und simultane HarmonischenAnalyse. Die Harmonischen-Anteile des Stromes sind für die
Erwärmung des Motors verantwortlich.
Leistungsmessgeräte müssen in der Lage sein simultan breitbandige
Effektivwerte und Harmonischen-Analyse durchzuführen.
53
07/10/2013
TEST & MEASUREMENT
Messproblematik bei Umrichtersignalen



54
Das (ungefilterte) Spannungssignal enthält hohe
Amplituden des Taktsignales

Komplexes Frequenzgemisch von DC bis einige kHz

Überlagerte Taktimpulse mit hoher Flankensteilheit

Variable Frequenz der Grundschwingung von DC bis einige Hundert Hz.
Das (ungefilterte) Strom-Signal enthält hohe Amplituden
eines Gleichtaktsignales

Der Leistungsmesser benötigt eine hohe Gleichtaktunterdrückung auch
bei hohen Frequenzen

Geeignete Stromsensoren verbessern die Gleichtaktunterdrückung
erheblich.
Eine variable, wohlbedachte Filterung der Signale ist
sinnvoll.
07/10/2013
TEST & MEASUREMENT
Messungen am Umrichter (U/f)

Umrichter sollen ein konstantes Verhältnis von Spannung zu Frequenz
aufrechterhalten.

Die Größe U/f (V/Hz) kann für die Spannung den gesamten Effektivwert oder
die Amplitude der Grundschwingung verwenden.

Die “Benutzerspezifischen Mathematikfunktionen” erlauben die direkte
Berechnung von U/f.
55
07/10/2013
TEST & MEASUREMENT
Messungen am Umrichter (U/f)
56
07/10/2013
Mechanische Leistungsmessung
TEST & MEASUREMENT
Motor Setup Menü WT1800
Einstellungsfenster
für Drehzahl- und
Drehmomentensensor.
Synchrone
Messung der
elektrischen und
mechanischen
Leistung.
Analoge oder
Pulssignale
bis 20 Veff möglich
57
07/10/2013
TEST & MEASUREMENT
Motor Setup Menü WT1800
Einstellungsfenster
für Drehzahl- und
Drehmomentensensor.
Synchrone
Messung der
elektrischen und
mechanischen
Leistung.
Analoge oder
Pulssignale
bis 20 Veff möglich
58
07/10/2013
TEST & MEASUREMENT
Motor Eingänge WT1800
Rückseite
TORQUE: Drehmoment
SPEED:
A und B: Drehrichtungserkennung (negative
und positive mechanische Leistung)
Z: Winkelposition des Rotors
Der Z-Impuls dient als Referenzpunkt und wird pro Umdrehung einmal generiert. Mit diesem
Referenzsignal und dem Nulldurchgang des Stromes i1 kann der WT1800 den elektrischen
Phasenwinkel des Motors messen *.
59
TEST & MEASUREMENT
Drehzahl und
Drehmoment am
WT3000 in
einem individuell
zusammengestel
lten Fenster
60
07/10/2013
Drehzahl und
Drehmoment am
WT1800 in einem
individuell
zusammengestellten Numeric Fenster
Ströme
Spannungen
TEST & MEASUREMENT
Mechanische Parameter:
Drehzahl, Drehmoment
Pmech
Wirkungsgrad
Wirkleistungen
61
07/10/2013
Elektrischer-, mechanischer- und
Gesamtwirkungsgrad
Umrichter
Wirkungsgrad
TEST & MEASUREMENT
MotorWirkungsgrad
Gesamtwirkungsgrad
Wirkungsgrad Setup Menu WT3000
62
07/10/2013
Elektrischer-, mechanischer- und
Gesamtwirkungsgrad
Umrichter
Wirkungsgrad
TEST & MEASUREMENT
MotorWirkungsgrad
Gesamtwirkungsgrad
Wirkungsgrad Setup Menu WT1800
63
07/10/2013
Umrichter Verlustleistung
TEST & MEASUREMENT
Eingangsleistung
Wirkungsgrad
Ausgangsleistung
Verlustleistung
P4-P∑A
Mit User Defined
Functions
Individuelles Numeric Fenster im WT3000
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07/10/2013
TEST & MEASUREMENT
Spezifikation breitbandiger
Leistungsmessgeräte
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TEST & MEASUREMENT
07/10/2013
TEST & MEASUREMENT
BASISGENAUIGKEIT
Es gibt unter den wenigen Herstellern keine einheitliche Definition der
Basisgenauigkeit
Oft wird die Basisgenauigkeit bei AC 50/60 Hz definiert
AMPLITUDENGENAUIGKEIT
wird stets in % vom MW + % vom MB angegeben
% v. MW
Messwertefehler (Ablesefehler)
% v. MB
Messbereichsfehler
Je nach Aussteuerung des Messbereichs geht der Messbereichsfehler
stärker in den Gesamtfehler ein
Je nach Hersteller kann der Messbereich als Spitzenwert oder
Effektivwert mit Crest-Faktor definiert sein.
Messbereiche der Yokogawa WT Modelle sind immer Effektivwerte mit Crest-Faktor 3 oder 6.
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07/10/2013
TEST & MEASUREMENT
DC-Signal
Messbereichsgenauigkeit unwichtig. Im
Autorange werden alle
Bereiche des Signals mit
höchster Genauigkeit
abgetastet.
peak range
rms range
SINUS-Signal
Messbereichsgenauigkeit wichtiger.
Genauigkeit im Bereich
der Nulldurchgänge
gering.
0
VERZERRTE KURVENFORM
Messbereichsgenauigkeit sehr wichtig. Der größte
Teil des Signals liegt im wenig ausgesteuerten
Bereich. Die Genauigkeitsbetrachtung ist stark
kurvenformabhängig.
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07/10/2013
TEST & MEASUREMENT
Weiterhin zu beachten sind folgende Spezifikationen:
Fehlereinfluss des Leistungsfaktors?
Gültigkeitsbereich der Genauigkeitsangaben? (z.B. garantierte
Genauigkeit ab 1% bis 130% der Messbereiche)
Crest-Faktoren? (abhängig von der Definition der Messbereiche)
Temperaturbereich der Genauigkeitsangaben? (z.B. 23°C ± 5°C)
Messbandbreite oder -3dB Punkt angegeben?
Aufwärmzeit? (z.B. 30 min)
Vergleichbare Kalibrierprotokolle
Beispiel:
Messbereich: 300 Vrms (Effektivwert mit Crest-Faktor 3)
Ab 3 Vrms bis 390 Vrms mit dem selben Messwertfehler
Bis 900 Vpeak werden gemessen
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07/10/2013
TEST & MEASUREMENT
ZUSAMMENFASSUNG
Es gibt keine einheitliche Spezifikationsvorschrift!
Jeder Hersteller ist frei in der Wahl der Spezifikationen
Prozentangaben sind ohne Weiteres nicht vergleichbar!
Wie spezifiziert Yokogawa?
Basisgenauigkeit bei AC 50/60Hz
Der Messbereichsfehler bezieht sich immer auf die eingestellten RMSMessbereiche und nicht auf die Spitzenwerte
In allen RMS-Messbereichen mit Crest-Faktor 3 werden Signale mit
dreifacher Amplitude erfasst
Yokogawa spezifiziert auch die Genauigkeiten der Harmonischen-Analyse
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07/10/2013
TEST & MEASUREMENT
Transiente (Instantane)
Leistungsmessung
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TEST & MEASUREMENT
07/10/2013
Anlaufverhalten eines
E-Motors
WT1800 High Speed
MCU
Akku
TEST & MEASUREMENT
Umrichter
Umrichter
Motor
Akku
DC Einspeisung
AC 3-ph Ausgang
Kurvenform-Daten von Spannung und Strom
pro Phase
IT Serie
Drehzahl und
Drehmoment
Σ Strom (effektiv)
Σ Wirkleistung (3-ph)
WT1800 /HS option
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Σ Spannung (effektiv)
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TEST & MEASUREMENT
Power Meter Funktionen
WT1800
WT3000
 High Speed Analyse
 Unabhängig von der Frequenz
 U, I, P, n, M, Pm
 Unendlich viele Messreihen
 Auflösung 1 ms – 100 ms einstellbar
 Cycle-by-Cycle Analyse
 Ein- oder dreiphasig
 Frequenzbereich 1Hz bis 1 kHz
 3000 Messreihen
 U, I, P, S, Q, λ, n, M, PMech
 Auflösung 1 ms
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TEST & MEASUREMENT
Problematik
Einschaltvorgänge
Nicht-periodische Vorgänge
Leistungsanalysatoren
Haben eine festeinstellbare Integrationszeit (Messzyklus, UpdateRate)
Eignen sich deshalb perfekt für kontinuierliche Vorgänge (wie
Phasenanschnittsteuerung)
Eignen sich aber bedingt für eine variierende Zahl von Voll- oder
Halbwellen über einen beliebigen Zeitraum
Aber oft hier liegen z.B. die Stärken einen Leistungstellers
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TEST & MEASUREMENT
Lösung mit einem ScopeCorder oder Oszilloskop
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07/10/2013
TEST & MEASUREMENT
Lösung mit dem ScopeCorder DL850
Umfangreiche
EchtzeitMathematik
 RMS-Werte
 Wirkleistung
 Blind-, u. Scheinleistung
 … u.v.m.
 Berechnungsperiode und
weitere Parameter einstellbar
 Triggerung auf die Echtzeit
Mathematik Kanäle
 Bis 850V Direktmessung
mit 16Bit Auflösung
HausMagazin 29
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07/10/2013
TEST & MEASUREMENT
Lösung mit dem ScopeCorder DL850
Umfangreiche
EchtzeitMathematik
 RMS-Werte
 Wirkleistung
 Blind-, u. Scheinleistung
 … u.v.m.
 Berechnungsperiode und
weitere Parameter einstellbar
 Triggerung auf die Echtzeit
Mathematik Kanäle
 Bis 850V Direktmessung
mit 16Bit Auflösung
HausMagazin 29
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07/10/2013
TEST & MEASUREMENT
Lösung mit dem Oszilloskop
WO SIND DIE UNTERSCHIEDE?
Merkmal:
Leistungsanalysatoren
Digitale SpeicherOszilloskope
Genauigkeit
0,02% bis 0,1 v. MW
0,04% bis 0,1 v. MB
1,5% v. Vollausschlag
2% zusätzliche Einbußen durch
Tastkopf und Stromzange
Bandbreite (-3dB)
Power Bandbreite
DC – 10 MHz
DC – 2 MHz
DC – 500 MHz
DC – 50 MHz
Abtastrate
2 MS/s
GHz – Bereiche
Vertikale Auflösung
16 Bit
8 – 12 Bit
U/I Messbereiche
Direkte Eingänge
bis zu 1000 Vrms
bis zu 50 Arms
Abhängig vom Tastkopf und
Stromzange
WT1800
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07/10/2013
DLM4000
TEST & MEASUREMENT
Lösung mit dem Oszilloskop
MESSUNG VON SCHALTVERLUSTEN
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07/10/2013
Herzlichen Dank
TEST & MEASUREMENT
Für weitere Informationen
Ugur Gürsoy, 08152 9310 47, [email protected]
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07/10/2013
TEST & MEASUREMENT
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YOKOGAWA Leistungsmessgeräte
TEST & MEASUREMENT
Leistungsfähigkeit
Bandbreite,
Genauigkeit,
Funktionalität
Universelle Typen (Energy
saving, desing)
WT330
WT1800
WT500
WT3000
WT310
WT310
Forschung &
Entwicklung
Hohe Bandbreite,
Höchste Genauigkeit,
Hohe Funktionalität
CW240
CW10 CW120
Handlich,
portabel
Zangen-Leistungsmessgeräte
für den Feldeinsatz
gering
81
Preis
hoch
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YOKOGAWA Leistungsmessgeräte
WT3000
WT1800
TEST & MEASUREMENT
WT310HC
WT310
WT310
WT500
WT330
WT3000
WT1800
WT500
WT300 Familie
1 bis 4 Phasen
1 bis 6 Phasen
1 bis 3 Phasen
1 bis 3 Phasen
bis 1000 Veff (8 Bereiche)
bis 1000 Veff (12Bereiche)
bis 2 Aeff (9 Bereiche)
Höchste Genauigkeit
Höchste Stabilität
Höchste Funktionalität
Hohe Genauigkeit
Flexibel, kompakt, portabel, hochgenau
Kompakt, portabel, günstig, hochgenau
Forschung & Entwicklung
Kalibriernormale
Transformatormessungen
Messung nach IEC Normen
Antriebstechnik
Beleuchtung
Erneuerbare Energien
Standby
Antriebstechnik
Beleuchtung
Avionik
Energy saving, design
Standby
Antriebstechnik
Haushaltsgeräte
Standby
Haushaltsgeräte
Standby
Produktion
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07/10/2013
Wichtige Einstellungen am Power Meter
TEST & MEASUREMENT
WIRING
richtig verdrahten
richtige Verdrahtung einstellen
UPDATE RATE
Messzyklus T einstellen
Mindestens eine Periode des Signal
muss erfasst werden!
Angaben von
WT1800
SYNC SOURCE
Synchronisationsquelle einstellen
Auf welches Signal soll sich die Messung synchronisieren?
Ein „sauberes“ Signal auswählen
Bei Frequenzumrichter-Messungen empfiehlt sich einen Strom zu wählen
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07/10/2013
Wichtige Einstellungen am Power Meter
TEST & MEASUREMENT
WEITER ZU BEACHTEN:
SCALING beim Einsatz von Wandlern
LINE FILTER liegt im Messkreis und beeinflußt das
Ergebnis
FREQUENZ FILTER dient nur zur sauberen
Synchronisation
Harmonics PLL (Phase Lock Loop) nicht automatisch
Sync Source
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07/10/2013
3-Phasensysteme
TEST & MEASUREMENT
3-Wattmeter-Methode (3P4W) mit KSTP und MCTS
ACHTUNG!!! L3
MCTS ist zuerst einzuschalten, damit die Stromwandler zuerst versorgt werden!!! Stromwandler
Motor
L2
Danach ist der Primärstrom einzuschalten.
L1
KSTP
L1 L2 L3 KSTP
U1 U2 U3
I3 I2 I1
Kanal 3 Kanal 2 Kanal 1
Modul 1 Modul 2 Modul 3
MCTS:
Versorgung
der Stromwandler
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WT1800
07/10/2013

Leistungsmessung an elektrischen Antrieben

Transcrição

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