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Les mesures et analyses sur les systèmes d'alimentation triphasés sont intrinsèquement plus complexes que sur les systèmes monophasés. Les convertisseurs d'alimentation basés sur la modulation de largeur d'impulsions (PWM), tels que les entraînements moteur à fréquence variable, compliquent encore les mesures, car le filtrage et le déclenchement sur des signaux PWM sont difficiles.
Grâce à leur polyvalence et leur rapidité, les oscilloscopes constituent l'instrument de choix pour les phases de débogage et de validation. Ils peuvent mesurer avec précision les performances des convertisseurs d'alimentation à découpage et des circuits de commande. Avec des sondes adaptées, ils peuvent procéder à diverses mesures sur une large bande passante.
Un logiciel spécialisé dans l'analyse des onduleurs, des moteurs et des entraînements triphasés permet une analyse rapide et reproductible.
Fonctionnement d'un entraînement à fréquence variable (EFV)
Un système d'entraînement moteur type fonctionne avec une entrée de courant alternatif triphasé envoyée dans une section d'entraînement ou une section de convertisseur de puissance.
La section d'entraînement comporte trois blocs principaux :
- Un redresseur, qui convertit le courant alternatif en courant continu.
- Un bus de courant continu (CC).
- Un onduleur CC en CA qui convertit la tension CC en signal CA (dans la plupart des cas, sous la forme d'un signal PWM).
Bien que cela ne soit pas indiqué dans ce diagramme, les boucles de rétroaction et la logique de contrôle surveillent la charge du moteur et ajustent le système d'entraînement pour contrôler le couple et la vitesse. Le système peut ainsi faire fonctionner le moteur dans n'importe quelle condition, aussi bien sans charge qu'avec la charge maximale.
Fiche technique d'analyse d'onduleurs, de moteurs et d'entraînements triphasés
Mesures de lignes triphasées
En laboratoire, les mesures qualitatives de la puissance permettent de comprendre la façon dont les équipements consomment l'énergie fournie par la ligne de courant alternatif triphasé.
Pour chaque phase, les mesures qualitatives de la puissance comprennent généralement les éléments suivants :
- Moyenne quadratique et amplitude de tension et de courant
- Puissance réelle, puissance réactive, puissance apparente, angle de phase et facteur de puissance
- Fréquence
En plus des mesures numériques de la tension et du courant moyens quadratiques, les diagrammes de phases (présentés à gauche) permettent de visualiser rapidement les relations entre tension et courant. Tout déséquilibre ou décalage de phase ayant un impact sur le facteur de puissance sont immédiatement visibles.
Le facteur de puissance constitue une spécification importante pour tout équipement industriel, car il a un impact direct sur les factures d'électricité du consommateur final. Certains entraînements comportent des circuits actifs permettant de contrôler le facteur de puissance.
Les harmoniques peuvent également avoir un impact sur l'efficacité globale, et même sur la fiabilité du système du consommateur final. De ce fait, les distorsions harmoniques sont souvent soumises à réglementation. Un diagramme à barres des harmoniques avec limites IEEE-519 est présenté à gauche. Les limites définies par l'utilisateur peuvent être utilisées pour effectuer des tests aux limites.
En savoir plus sur l'utilisation de diagrammes de phases sur un oscilloscope
Analyse d'ondulation
On appelle ondulation la tension CA résiduelle ou indésirable présente sur un composant CC constant. Elle se mesure généralement au niveau du bus CC. Cette mesure permet de comprendre l'efficacité de la conversion du signal CA-CC en entrée et l'impact des composants indésirables sur le signal PWM en sortie.
Une mesure d'ondulation de ligne donne la valeur moyenne quadratique à la fréquence de ligne configurée, et celle de crête à crête du signal du domaine temporel pour les phases configurées. Une mesure d'ondulation de commutation donne la valeur moyenne quadratique à la fréquence de commutation configurée, et celle de crête à crête du signal du domaine temporel pour les phases configurées.
Zéro en quadrature directe (DQ0)
Les systèmes de contrôle vectoriel utilisent les transformées de Clarke et Park pour simplifier les signaux triphasés en vecteurs de contrôle D et Q. Le fait de pouvoir mesurer ces vecteurs vous permet de confirmer que le système de contrôle fonctionne comme prévu. Malheureusement, ces variables importantes sont souvent calculées en temps réel, en profondeur dans le système de contrôle, et ne sont pas transmises en tant que signaux externes.
Les mesures DQ0 (Opt. IMDA-DQ0) sur les oscilloscopes de la série Tektronix 5/6 utilisent le traitement du signal pour calculer et mesurer les vecteurs D et Q en fonction des signaux de sortie du lecteur, ce qui vous permet de comparer les performances réelles aux performances attendues. Les résultats sont affichés sous forme de phaseurs, de signaux transformés et de valeurs scalaires.
Les résultats DQ0 sont affichés sous forme de phaseurs, de signaux transformés et de valeurs scalaires.
Mesures d'entraînement en sortie
L'efficacité est l'une des mesures critiques du système d'entraînement moteur pour indiquer les performances globales du système.
L'efficacité mesure le rapport entre la puissance de sortie et la puissance d'entrée. Elle est calculée et affichée à chaque phase. L'efficacité totale (moyenne) du système est également calculée et affichée. Les mesures d'efficacité utilisent la configuration 2V2I (méthode des 2 wattmètres) sur des oscilloscopes 8 voies.
Analyse mécanique
Le groupe d’analyse mécanique IMDA (Option IMDA-MECH) prend en charge les capteurs à effet Hall, à résolveur et QEI (Quadrature Encoder Interface) pour suivre l’angle, la vitesse, l’accélération et la direction du moteur. Les mesures sont configurées à l’aide de quelques paramètres simples.
Les mesures peuvent être effectuées au moyen de sondes analogiques passives ou différentielles. Les capteurs à effet Hall ou QEI peuvent également être mesurés avec des sondes logiques TLP58 à 8 voies, afin de pouvoir utiliser les voies analogiques pour d’autres signaux.
Les mesures de vitesse peuvent être tracées pour afficher la séquence de démarrage du moteur ou la décélération sur de longs enregistrements. Les tracés d’histogrammes donnent un aperçu du profil de gigue de la vitesse mesurée.
IMDA-MECH prend en charge deux méthodes de mesure du couple en temps réel : les capteurs de couple, ou cellules de charge, et le courant d’induit. Lorsque la méthode du courant d’induit est utilisée, le couple est calculé en appliquant une constante au courant efficace maximal du moteur. La puissance mécanique du système peut être calculée et affichée en utilisant les valeurs de couple et de vitesse.
La puissance électrique peut être déterminée à l’entrée de l'entraînement, en utilisant des mesures de tension et de courant. A l'aide de mesures de couple et de vitesse à la sortie de l'entraînement, l'application peut mesurer le rapport puissance de sortie mécanique/puissance d'entrée électrique, mesurant ainsi l'efficacité globale du système.
Système de dépannage et de référence d'un EFV triphasé
Un système de test triphasé avec un oscilloscope permet d'effectuer des mesures au niveau du système tout en observant les circuits de l'EVF. Des fréquences d'échantillonnage élevées et de grandes longueurs d'enregistrement permettent d'obtenir des vues détaillées de Hz à GHz. Il existe de nombreuses alternatives de sondes pour cette application, mais voici l'exemple d'un excellent système :
MSO Série 5B
Recommandé pour ses versions 8 voies et ses convertisseurs ADC 12 bits
Option IMDA
Automatise les mesures triphasées sur MSO Série 5B
THDP0200 x 3
Sondes différentielles haute tension. 100 MHz et jusqu'à 1 500 V
TCP003A x 3
Sondes de courant CA/CC 30 A
Featured Content
Mesures des entraînements de moteurs triphasés au moyen d'un oscilloscope
Guide de présentation
Apprendre à utiliser le logiciel spécialisé dans l'analyse des onduleurs, des moteurs et des entraînements