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피드백

3상 전력 시스템에 대한 측정 및 분석은 단상 시스템보다 본질적으로 더 복잡합니다. 가변 주파수 모터 드라이브와 같은 펄스 폭 변조(PWM)에 기초한 전력 변환기는 PWM 신호에 대한 필터링 및 트리거가 어렵기 때문에 측정이 더 복잡해집니다.

디버깅 및 검증 단계 동안에는 높은 융통성과 속도를 제공하는 도구인 오실로스코프를 선택했습니다.  오실로스코프는 스위칭 전력 변환기 및 제어 회로의 성능을 정밀하게 측정할 수 있습니다.  올바른 프로브를 사용하면 넓은 범위에 걸쳐 높은 대역폭으로 측정할 수 있습니다. 

특수 3상 인버터 모터 드라이브 분석 소프트웨어에서는 빠르고 반복적인 분석이 가능합니다.

가변 주파수 드라이브(VFD)의 작동

일반적인 모터 드라이브 시스템은 드라이브 섹션이나 전력 변환기 섹션에 공급되는 3상 AC 입력에 의해 구동됩니다.

드라이브 섹션에는 세 개의 기본 블록이 있습니다.

  • AC-DC를 변환하는 정류기
  • DC 버스
  • DC 전압을 AC 신호로 변환하는 DC-AC 인버터(대부분의 경우 PWM 파형).

이 다이어그램에는 표시되지 않지만 피드백 루프와 제어 로직은 모터 부하를 모니터링하고 드라이브 시스템을 조정하 토크 및 속도를 제어합니다. 시스템에서는 이를 통해 부하가 없는 조건부터 최대 부하 조건까지의 범위에서 모터를 구동할 수 있습니다.

3상 인버터 모터 드라이브 분석 데이터시트

Functional diagram of a variable frequency drive (VFD) – Fluke Corporation
Oscilloscope screen images showing a phasor diagram and 3-phase harmonics compared to IEEE-519 limits

3상 라인 측정

실험실에서 전력 품질 측정은 장비가 3상 AC 라인에서 공급되는 에너지를 소비하는 방식을 이해하는 데 사용됩니다.

각 단계에서 전력 품질 측정에는 일반적으로 다음 사항이 포함됩니다.

  • 전압 및 전류의 RMS 및 진폭
  • 유효 전력, 무효 전력, 피상 전력, 위상 각도 및 전력 계수
  • 주파수

RMS 전압 및 전류의 수치적인 판독에 더해, 페이서 다이어그램(왼쪽에 표시)에서는 전압 및 전류 관계를 빠르게 확인하는 방법을 제공할 수 있습니다. 전력 계수에 영향을 주는 불균형 및 위상 변화가 바로 눈에 띕니다.

전력 계수는 최종 고객의 전기 요금에 직접적인 영향을 주기 때문에 모든 산업 장비에 중요한 사양입니다. 일부 드라이브에는 전력 계수를 제어할 수 있는 능동 회로가 포함됩니다.

고조파 또한 최종 고객의 시스템의 전반적인 효율성, 심지어 신뢰성에도 영향을 줄 수 있습니다. 이러한 이유로 고조파 왜곡은 종종 규제의 대상이 됩니다. IEEE-519 제한이 있는 고조파 막대 도표가 왼쪽에 표시됩니다. 마진 테스트에 사용자 정의된 제한을 사용할 수 있습니다.

오실로스코프에서 페이서 다이어그램 사용에 대해 읽어보기

리플 분석

리플은 정 DC 컴포넌트 상의 잔류 또는 원치 않는 AC 전압으로 정의됩니다. 일반적으로 DC 버스에서 측정됩니다. 이러한 측정은 입력 측에서 신호의 AC-DC 전환이 얼마나 효율적으로 이루어지는지, 그리고 원치 않는 컴포넌트가 출력 측의 PWM 신호에 미치는 영향을 이해하는 데 도움이 됩니다.

라인 리플 측정은 구성된 라인 주파수에서 RMS 값과 구성된 위상에 대한 시간 도메인 파형의 피크-피크를, 그리고 구성된 스위칭 주파수에서 스위칭 리플 측정 RMS와 구성된 위상에 대한 시간 도메인 파형의 피크-피크를 제공합니다.

Ripple measurements on the DC bus of a variable frequency drive on an oscilloscope
Efficiency measurements on a variable frequency drive based on input power and PWM output power, using 2-wattmeter method on an 8-channel oscilloscope

드라이브 출력 측정

효율은 시스템의 전반적인 성능을 나타내는 지표로서 모터 드라이브 시스템의 중요한 척도 중 하나입니다.

효율성은 입력 전력 대비 출력 전력의 비율을 측정합니다. 각 단계의 효율성과 시스템의 총 효율성(평균)을 계산하고 표시합니다. 효율성 측정에는 8채널 오실로스코프에서 2V2I 구성(전력계 2개를 사용한 측정 방법)이 사용됩니다.

3상 VFD 문제 해결 및 특성화 참조 시스템

오실로스코프 기반의 3상 테스트 시스템에서는 VFD 회로를 관찰하는 동안 시스템 레벨 측정이 가능합니다.  높은 샘플 비율과 긴 레코드 길이는 Hz에서 GHz로의 상세한 뷰를 제공합니다.  이 애플리케이션에 대해서는 여러 다른 프로브를 사용할 수 있지만 다음과 같은 우수한 시스템의 예시가 있습니다.

5 시리즈 MSO
8채널 및 12비트 ADC에 권장됨

옵션 IMDA
5 시리즈 MSO에서 3단계 측정을 자동화

THDP0200 x 3
고전압 차동 전압 프로브.  100MHz 및 최대 1,500V

TCP003A x 3
30A AC/DC 전류 프로브

빠른 데모 시청

A system for measurements on 3-phase variable frequency drives includes an 8-channel oscilloscope, analysis software, 3 high-voltage differential probes and 3 current probes