VFD電機的高性能電壓測量
在VFD電機中準確測量電壓信號是一項具有挑戰性的應用。典型的VFD電機相位電壓測量要求電壓范圍寬、分辨率高、帶寬高。在實踐中，信號表現出尖銳的瞬變，重要的信息包含在微小的高頻變化中。例如，在600 Vrms信號中，從相位到中性測量的小毫伏大小擾動可以指示局部放電的存在，這是一種早期故障指示器。為您的測量系統選擇合適的傳感器對于獲得有用的測量至關重要。在這篇簡短的應用說明中，我們回顧了一種使用VerivoltEntube系列傳感器與國家儀器PXI系統相結合來監測三相VFD電機的解決方案。我們討論了各種具有挑戰性的需求，以及Entube家族如何解決它們，包括根據測量的目的找到性能和成本的正確組合。
實例測量
我們用EntualZ傳感器和PXI系統對480 V三相VFD電機進行了測量。對于這個特殊的應用程序，我們選擇了PXI系統，因為我們需要50 MHz帶寬的測量。圖2顯示了使用EntureZ傳感器獲得的中性測量值。請注意，可以使用VerivoltEntuleZ和PXI系統捕獲不同規模的詳細功能。在信號的平坦區域可以觀察到非常低噪音的地板。采用1kV電子管Z進行測量。注意，在圖2的右上面板中，由于快速瞬變，測量中出現了尖峰。
應用程序說明：
VFD電機的三相和中性測量通常的VFD電機測量監測方案要求測量電機的相電壓和中性電壓。在軸承電流監測等應用中，軸對地電壓的測量也是很有意義的。典型的VFD電機電壓測量具有與IGBT在VFD PWM系統中提供的開關調制的響應相對應的銳利邊緣。在正常運行過程中，一種常見的測量方法是檢測被測電壓中的諧波。通常情況下，測量到60赫茲的10階諧波可能會引起人們的興趣。在汽車健康監測應用中，仔細測量尖峰躍遷和更高頻率的信息是很有意義的，這些信息很容易從幾千赫到Mhz信息。在小型電動機中，電壓預計在600 V峰值以內。在中壓電機中，電壓可達10 kV。此外，如果測量在故障情況下發生的快速瞬變，峰值電壓可能超過這些值。電壓信號通常也表現出各種前故障信號發生在高頻，但在低得多的電壓，從幾毫伏到幾伏特。高性能傳感器必須能夠測量范圍寬、分辨率小、帶寬高的電壓信號，以捕獲各種感興趣的事件。
測量系統要求
電壓監測系統需要滿足以下幾個重要的要求：電壓監測系統需要不同的測量范圍，從400 V到1.2kV，特別是當監測系統捕捉到大的意外暫態時，電壓監測系統就需要不同的測量范圍。中高壓驅動需要更大的范圍。帶寬：帶寬需求取決于測量的目的。它們可能低到幾千赫，用于測量諧波和慢瞬變，高達20兆赫用于測量局部放電或軸承電流中的故障特征。解決方案：VFD電機監測應用中典型的測量分辨率為測量范圍的0.2%。但是高性能的測量，如檢測軸承電流事件和局部放電所需的，可能需要幾毫伏或更小的分辨率，從而對傳感和數據采集設置提出了更高的要求。緊湊性：典型的電機測量系統，可用作臨時裝置或固定永久裝置。在這兩種情況下，大型、笨重的傳感器都是侵入性的，很難安裝。它們還可能導致同時測量的感測點數目比所期望的要少。這是一個重要的問題，特別是在中大型電壓驅動器，其中一些傳感技術往往是突出和笨重。容易集成：大多數商業上可用的電壓傳感器不提供直接適應所選數據采集系統的輸出。例如，國家儀器系統接受+/-5V輸入和+/-10V輸入，許多電壓傳感器返回120 V，需要集成進一步降低電壓的元件。這增加了測量噪聲和解決方案的復雜性。一個易于集成的傳感器應該無縫地適應使用中的數據采集系統。安裝方便：在許多裝置中，由于安全或空間問題，數據采集系統可能不會很接近電機。在這種情況下，電纜補償探頭通常需要獲得準確的測量。這種補償校準給監控設置的管理增加了額外的負擔。隔音：由于電磁場和其他問題，電機在一個非常電噪聲的環境中工作。這種噪聲很容易影響典型測量中使用的傳感器，在某些情況下導致無法使用或信息不足的數據。使用中的電壓傳感器對電氣噪聲有很強的抗干擾能力。Verivolt Entube和國家儀器PXI測量系統：一種靈活、高性能的VFD電機電壓監測平臺。為了建立一個靈活、高性能的VFD電機電壓監測系統，我們采用了PXI和CRIO測量系統。對于高帶寬、高分辨率的軸承電流和局部放電型事件測量系統，我們采用了高性能VerivoltEntualZ傳感器和一個可采樣50 MHz的PXI系統。對于不太嚴格的帶寬要求，但非常低噪音高質量的測量，我們使用了一個基于CRIO的系統。CRIO為實現簡單的局部處理提供了靈活性，可用于計算諧波或簡單的事件檢測。該組合系統解決了VFD電機系統中電壓測量的每一項挑戰：范圍：Verivolt Entube系列提供100 V至100 kV范圍的傳感器，具有非常低的測量噪聲，即使范圍必須過大以捕獲高壓瞬變，也可以進行精確測量。例如，一個1.2kV的傳感器可能用于480 V電機，以捕獲大的瞬態，而不影響測量的分辨率，因為傳感器噪聲。再加上國家儀器靈活選擇的數據采集系統，可以實現高分辨率、寬范圍的數據采集系統。帶寬：EntuleZ系列傳感器的帶寬為50 MHz，即使是要求最高的VFD電機監控應用程序也是如此。將EntuleZ與PXI系統相結合，可以靈活地為手頭的應用量身定做測量系統，而傳感器不受帶寬的限制。分辨率：恩管系列的傳感器，分辨率為0.2%的測量范圍和較小。再加上CRIO或PXI系統中不同的數字化選擇，形成了12位、16位和24位的靈活的、高電壓的測量平臺。例如，對于軸承電流事件的測量，至少需要16位或24位。對于諧波測量，12位或16位數字化系統就足夠了。緊湊性：獨特的EntualZ傳感器設計使它非常緊湊。長度為3.3英寸，直徑為0.68英寸的長至3kV的電子管Z傳感器。30 kV管長10英寸，直徑1.75英寸。這些緊湊的尺寸可以與堅固和緊湊的CRIO相結合，提供一個便攜式和易于安裝的電壓測量平臺。EntuleZ和國家儀器PXI系統提供了一個高性能的工業級測量系統，以解決一些要求最高的VFD監控應用。容易集成：VerivoltEntuleZ傳感器提供+/-5V輸出，可由現有的國家儀器數據采集產品直接測量。這就不需要額外的信號調理，從而產生了一個緊湊和易于使用的系統。易于安裝：VerivoltEntuleZ獨特的緊湊設計，使傳感器直接適合BNC連接器在PXI和CRIO。一個四通道模塊可以連接到四個EntualZ傳感器上，將它們轉換成能夠讀取3kV的模塊。傳感器直接連接到測量模塊帶來了一個重要的好處：遠離采集系統的測量不需要電纜補償。噪聲隔離：EntuleZ傳感器設計用于在電磁噪聲存在的情況下工作，其獨特的正在申請專利的設計大大降低了測量噪聲，從而使其成為同類中性能最好的傳感器。許多客戶報告說，在他們的測量裝置中，Entube是最好的傳感器，并且正在使用它作為參考傳感器。與低噪聲、高性能的國家儀器數字化儀一起，電子管為VFD電機提供了一個高性能的電壓測量平臺。在現場，我們觀察到低質量的傳感器限制了國家儀器平臺監測VFD電機的性能。Verivolt Entube傳感器使用各種正在申請專利的技術，開發出一種緊湊、低噪聲、高性能的傳感器，可與國家儀器公司的靈活、高性能數據采集系統相結合，為VFD電機提供緊湊的高性能電壓監測系統。該系統可以配置為處理跨越不同帶寬和電壓范圍的多個應用程序，并具有不同的要求。
實例測量
我們用EntualZ傳感器和PXI系統對480 V三相VFD電機進行了測量。對于這個特殊的應用程序，我們選擇了PXI系統，因為我們需要50 MHz帶寬的測量。圖2顯示了使用EntureZ傳感器獲得的中性測量值。請注意，可以使用VerivoltEntuleZ和PXI系統捕獲不同規模的詳細功能。在信號的平坦區域可以觀察到非常低噪音的地板。采用1kV電子管Z進行測量。注意，在圖2的右上面板中，由于快速瞬變，測量中出現了尖峰。