Obrázek 1 Blokové schéma šířkově modulovaného regulátoru (PWM).

Výstupní napětí je fakticky řada impulsů kladné a záporné polarity s konstantní velikostí s proměnnou šířkou. Tím je vytvářena proměnná střední hodnota napětí během jednoho cyklu. Rozšiřování impulsů zvyšuje velikost průměrného napětí. Jsou-li spínače řízeny tak, že produkují úzké impulsy na začátku a na konci dané periody a širší impulsy ve středu této periody, pak průměrná hodnota výstupního napětí bude přibližně sinusová, s frekvencí opakování odpovídající této periodě. Přestože výstupní napětí vypadá velmi zkresleně, velká indukčnost motoru, která je jím napájena, protékající proud vyhladí, a ten je pak velmi blízký sinusovce a chod motoru pravidelný. Změnou hodinové frekvence řídících impulsů spínačů je možno měnit frekvenci takto produkovaného sinusového proudu a tím řídit rychlost otáčení motoru.

Obrázek 2 ukazuje průběh řídících impulsů spínačů a průběh výstupního napětí regulátoru.

Jak je vidět na obr. 2, napětí na vstupních svorkách motoru není sinusové a ještě mění šíři impulsů. Velikost takového napětí nelze v žádném případě měřit běžným způsobem.

Běžný multimetr, i TRMS multimetr, není schopen měřit šířkově modulovaný výstup řízeného regulátoru. Důvodem je, že TRMS multimetr měří tepelný ekvivalent nesinusového šířkově modulovaného napětí přiváděného na svorky motoru. Displej regulátoru přitom zobrazuje efektivní hodnotu napětí základní složky (typicky 30-60 Hz), tedy efektivní hodnotu napětí, které by na výstupu bylo, kdyby motor v dané chvíli byl napájen sinusově. Tuto hodnotu potřebujeme znát pro rychlou kontrolu stavu pohonu. Důvodem rozdílu v naměřené hodnotě je šíře pásma a stínění. Mnoho dnešních multimetrů má šíři pásma až 20 KHz i více. Zobrazí proto nejen základní složku, na které běží motor, ale i vysokofrekvenční složky generované regulátorem. Není-li pak ještě multimetr stíněn proti vnikání cizího vf rušení do jeho obvodů, vysoká úroveň rušení regulátoru způsobí, že přístroj zobrazuje naprosto chybné hodnoty.

Pokud se vzájemně zkombinuje vliv šíře pásma a stínění, multimetr může dosáhnout chyby 20 až 30% proti hodnotě zobrazované displejem regulátoru. Pro účely těchto měření a kontrol vyvinula společnost Fluke multimetr Fluke 87V (obr. 3) s novou technologií nízkofrekvenční automaticky nastavitelné zádrže. Přístrojem pak lze snadno provádět běžná měření jak na vstupu regulátoru, tak i napětí na výstupu regulátoru, ale i jeho frekvenci (rychlost otáčení motoru). S použitím vhodného proudového adaptéru s Hallovým senzorem pak i proud.

Obr. 3

Na obr. 4 je vidět rozdíl mezi zobrazením regulátoru a měřením multimetrem bez filtru. Tuto hodnotu zobrazí každý běžný multimetr. Obrázek 5 zobrazuje měření se zapnutým filtrem. Obrázek 6 dále ukazuje situaci, kdy se pokoušíme měřit frekvenci běžným přístrojem, například multimetrem s čítačem. Vzhledem k použití šířkové modulace je frekvence neměřitelná. Jak je zřejmé, její velikost zobrazená multimetrem je naprosto odlišná od frekvence základní složky na regulátoru, která určuje otáčky motoru. Na obrázku 7 je pak patrné zapojení filtru na Fluke 87V. Nyní frekvence odpovídá skutečnosti.

Obr. 4

Obr. 5

Obr. 6

Obr. 7

Obr. 8

Obr. 9

Měření na stejnosměrné sběrnici regulátoru je nezbytné pro zjištění jeho správné činnosti. Není-li zde napětí správné nebo je-li nestabilní, diody nebo kondenzátory měniče se mohou poškodit. Napětí stejnosměrné sběrnice by mělo být 1,141 × větší než je vstupní mezifázové napětí (efektivní hodnota). Znamená to tedy, že pro vstupní napětí 480 V je stejnosměrné napětí 679 V.

Poměrně rozšířeným případem závady u třífázových pohonů je běh na dvě fáze. Tedy ztráta napětí jedné napájecí fáze. Výsledkem této poruchy je větší proud ve dvou zbylých fázích a přehřívání motoru, vedoucí často k jeho úplnému zničení.

Detekovat běh na dvě fáze není jednoduché, protože kromě zvýšení teploty v důsledku větších ztrát motor pracuje zdánlivě normálně. Měření napětí na svorkách motoru je také zavádějící, protože v důsledku otáčení se ve vinutí, které není ve skutečnosti napájeno (a není tedy ani zatíženo) indukuje napětí blížící se napětí za normálního stavu. Nejlepší způsob jak detekovat tuto závadu je měření proudu ve všech třech fázích. Na obrázcích 8 a 9 je zobrazeno měření proudu bez a se zapojeným filtrem. K měření byl použit klešťový adaptér s převodem A/mV. Takto jednoduše zjistíme, že jedním z napájecích vodičů neteče žádný proud a jedná se tedy o fázi se závadou.

Po takovémto zjištění může být problém v samotném motoru (přerušené vinutí) nebo v obvodech regulátoru. Abychom toto zjistili, je nezbytné porovnat spínání IGBT spínačů se signály z mikroprocesoru řídícího regulátor. A zde je ten okamžik, ve kterém vzniká potřeba průmyslového osciloskopu. Protože zdíce měříme na místech s různým potenciálem a rozdíl může být až stovky voltů, nelze v žádném případě doporučit běžný osciloskop a to minimálně ze dvou důvodů. Běžné osciloskopy nemají navzájem izolované vstupy, a protože předem nevíme, jaký je rozdíl potenciálů mezi měřenými body (proto také měříme), hrozí nebezpečí zničení přístroje nebo i regulátoru. Toto nebezpečí hrozí i v případě použití VN oddělovacích členů, které nejsou vesměs konstruovány v kategorii přetížení vyšší než CAT II. Stejný problém hrozí i u většiny bateriových osciloskopů, které deklarují izolované vstupy do 600 V, případně 1 000 V. Po pozorném přečtení štítku však zjistíme, že ani tyto svou ochranou nepřekračují CAT III. Tedy přetížení impulzním napětím vyšším než 1 000 V, které se běžně na obvodech a výstupech regulátorů vyskytuje.

Zde pak připadá v úvahu v současnosti jediný dostupný přístroj, který splňuje vysoké nároky na přepěťovou ochranu a izolaci jeho vstupů. Jedná se o některý z řady Scopemetrů rodiny Fluke 190. Máme možnost výběru z dvoukanálových verzí Fluke 19X a nově i čtyřkanálových, řady Fluke 190-X04 (obr. 10). Při použití čtyřkanálového přístroje máme možnost zobrazit všechny tři fáze výstupního napětí a současně i řídící signál. Snadno tak zkontrolujeme na řízeném pohonu vše potřebné bez nebezpečí, že „sáhneme" někam, kde je velký rozdíl potenciálu a zničíme některé zařízení.

Obr. 10

Při rozhodování o frekvenčním rozsahu Scopemetru je dobré ještě mít na mysli jeden jev, který na výstupech řízených pohonů nastává a který se velmi podceňuje. Jsou to odrazy na vedení k motorům, které mohou produkovat vysokonapěťové špičky o velikosti až jednotky kilovoltů. Tento jev vzniká impedančním nepřizpůsobením výstupu regulátoru na impedanci motoru pro vysokofrekvenční složky. Protože, jak již bylo výše uvedeno, napětí na výstupu regulátoru je impulzní a obsahuje tak vysokou úroveň vysokofrekvenčních složek o frekvencích jednotek až desítek MHz.

Obr. 11

Snahou všech výrobců regulátorů je co nejvyšší účinnost. Toho lze dosáhnout co možná nejstrmějšími hranami impulzů výstupního napětí. Jak známo, ty pak obsahují vysokofrekvenční složky. Tyto složky s vysokou frekvencí se pak díky impedančnímu nepřizpůsobení odrážejí od konce vedení, interferují a vytvářejí přepěťové impulzy. Tyto napěťové špičky mohou snadno poškodit vinutí motoru, nebo snížit jeho izolační vlastnosti. Jak je vidět na obrázku 11, odrazy se projevují zákmity na hranách impulzů výstupního napětí regulátoru. Abychom mohli tyto zákmity identifikovat, je třeba použít osciloskop s dostatečnou šíří pásma, a to vzhledem k jejich možné frekvenci 100 až 200 MHz. To je i důvod proč Fluke svou rodinu Scopemetrů vyrábí pro tento frekvenční rozsah. Vzhledem k možnostem tohoto textu odkazuji čtenáře se zájmem o tuto problematiku ke kontaktu společnosti Blue Panther s.r.o., autorizovaného distributora Fluke, pro další informace o přístrojích, případně školeních z oblasti měření na regulátorech.

Blue Panther s.r.o.
Mezi Vodami 29
143 00 Praha 4
tel.: +420 241 762 724-5
fax: +420 241 733 251
e-mail: Tato emailová adresa je chráněna před spamboty, abyste ji viděli, povolte JavaScript
internet: www.blue-panther.cz