Metingen aan aandrijvingen met variabel toerental - Main Press(*)

Digitale multimeters
Metingen aan aandrijvingen
met variabel toerental
In het verleden betekende het repareren van elektromotoren, dat er
defecten aan traditionele driefasenmotoren (draaistroommotoren)
moesten worden verholpen. Deze defecten waren grotendeels het
gevolg van stof, versleten lagers, scheefstaande assen of simpelweg
ouderdom. Maar met de introductie van elektronisch geregelde
motoren, veelal aandrijvingen met variabel toerental genoemd
(ASD’s, adjustable speed drives), veranderde het repareren van
elektromotoren ingrijpend.
Dankzij nieuwe technologie kan men nu
voor het eerst bij het installeren en onderhouden
van een aandrijving, nauwkeurige metingen
met een digitale multimeter uitvoeren, en
kunt u dus onbetrouwbare componenten en
andere omstandigheden opsporen, die tot een
defect zouden kunnen leiden.
Filosofie van het storingzoeken
Technici hanteren verschillende methodes
om storingen in een elektrisch circuit op te
sporen, en een goede storingzoeker zal altijd
het gezochte probleem vinden — uiteindelijk.
De truc daarbij is, om de storing snél op te
sporen en uitval-tijden tot een minimum te
beperken.
De meest efficiënte storingzoek-procedure
begint bij de motor en gaat dan systematisch
terug naar de elektrische bron, waarbij eerst
naar de meest voor de hand liggende problemen
wordt gekeken. Er kan veel tijd en geld
worden verspild aan het vervangen van onderdelen
die prima in orde zijn. Niemand voert
bewust onnauwkeurige metingen uit, maar het
kan desondanks gemakkelijk gebeuren, zeker
wanneer men in een omgeving werkt met hoge
energie-waarden en veel ruis, zoals dat bij een
aandrijving met variabel toerental (ASD) het
geval is. Daarnaast is het belangrijk om de
juiste test- en meetinstrumenten te kiezen voor
het opsporen van eventuele storingen in de aandrijving,
de motor en de verbindingen daartussen.
Dit geldt in het bijzonder voor spannings-,
frequentie- en stroommetingen aan de uitgang
van de motoraandrijving. Maar tot nu toe was
er geen enkele digitale multimeter op de markt
die nauwkeurig ASD’s kon doormeten. Daar is
nu verandering in gekomen.
Metingen aan in- en uitgangszijde
Elke goede true-rms-multimeter kan juiste
ingangsspanningsmeetwaarden verifiëren; deze
mogen niet meer dan 1% van elkaar afwijken
wanneer er zonder belasting tussen de afzonderlijke
fasen wordt gemeten. Een significante
onbalans kan tot een slecht werkende aandrijving
leiden en moet daarom worden gecorrigeerd
zodra deze wordt vastgesteld.
Aan de andere kant kan een standaard truerms-multimeter
de waarden aan de uitgangszijde
van een pulsbreedte-gemoduleerde
motoraandrijving niet betrouwbaar meten en
MAINTENANCE MAGAZINE N° 96, juni 2009
31

MAINTENANCE MAGAZINE N° 96, juni 2009
32
weergeven, omdat de ASD de motor voedt
met een pulsbreedte-gemoduleerde, nietsinusvormige
spanning. Een digitale truerms-multimeter
meet het verwarmingseffect
van de niet-sinusvormige spanning waarmee
de motor wordt gevoed, terwijl de gemeten
uitgangsspanning van de motorcontroller
alleen de rms-waarde (effectieve waarde) van
de basiscomponent (meestal 30-60 Hz) weergeeft.
De oorzaken van deze afwijking luiden
bandbreedte en afscherming. Vele van de
huidige digitale true-rms-multimeters hebben
bandbreedtes tot 20 kHz of meer, waardoor zij
niet alleen reageren op de basiscomponent,
waarop de motor in feite reageert, maar op
alle hoogfrequente componenten die door de
ASD worden gegenereerd. En als de digitale
multimeter niet is afgeschermd tegen hoogfrequente
ruis, maken de hoge ruisniveaus van de
controller van de aandrijving de meetafwijkingen
zelfs nog extremer. Bij een combinatie van
deze bandbreedte- en afschermings-aspecten
geven veel true-rms-meters meetwaarden weer
die maar liefst 20 tot 30% hoger zijn dan wat de
controller van de aandrijving aangeeft.
Dankzij de nieuwste multimeter, met zijn
nieuwe selecteerbare laagdoorlaatfilter, meet
men nu nauwkeurig spanning, stroom en
frequentie aan de uitgangszijde van de aandrijving,
zowel aan de aansluitingen van de
aandrijving als aan die van de motor. Als het
filter is geselecteerd, komen de meetwaarden
van de nieuwe 87V-meter zowel voor spanning
als voor frequentie (motortoerental) overeen
met de op het display van de controller van
de aandrijving weergegeven waarden. Het
laagdoorlaatfilter maakt in combinatie met
Hall-effect-stroomtangen tevens nauwkeurige
stroommetingen mogelijk. Al deze metingen
zijn met name handig wanneer er aan motoren
wordt gemeten, terwijl de displays van de
aandrijvingen niet te zien zijn.
Veilig meten
Voordat u een meting aan elektrische installaties
uitvoert, moet u goed weten hoe u dit
op een veilige manier kunt doen. Geen enkel
meetinstrument is volledig veilig wanneer het
verkeerd wordt gebruikt en veel meetinstrumenten
zijn niet geschikt voor het testen van
aandrijvingen met variabel toerental.
Veiligheidsspecificaties voor elektrische
test- en meetinstrumenten
De tweede editie van de veiligheidsnorm voor
test- en meetapparatuur EN61010 noemt twee
basisparameters: een nominale spanningswaarde
en een meetcategorie. De nominale
spanningswaarde is de maximale continue
bedrijfsspanning die het instrument kan meten.
In de meetcategorieën is de meetomgeving
beschreven die er voor een bepaalde categorie
wordt verwacht. De meeste installaties met
driefasen-ASD zullen worden beschouwd
als een meetomgeving van CAT III, met een
voeding van hetzij 380V- of 690V-verdeelinrichtingen.
Als u een digitale multimeter voor
metingen aan dergelijke hoog-energetische
systemen gebruikt, moet u ervoor zorgen dat
de meter minimaal is goedgekeurd voor CAT
III 1000 V en liefst ook voor CAT IV 600 V.
De meetcategorie en de spanningsgrenswaarde
staan meestal aangegeven op het frontpaneel,
bij de ingangen.
Meten
Laten wij nu eens kijken hoe Fluke’s digitale
multimeter 87V het doet in een test. De
metingen in de volgende procedure werden
uitgevoerd bij een in Amerika gebruikelijke
aandrijving met een driefasenspanning van
480 V, en wel aan de aansluitstrips van het
schakelpaneel, maar deze metingen gelden
evenzeer voor driefasenaandrijvingen met
een ander voltage. Voor deze tests loopt de
motor met 50 Hz.
Ingangsspanning
Om de voedingswisselspanning naar de
ingangszijde van de aandrijving ter plaatse
van de aandrijving te meten:
1. Selecteer de AC-spanningsfunctie.
2. Sluit de zwarte meetprobe aan op één van
de drie fase-ingangen.
3. Sluit de rode meetprobe aan op één van de
beide andere fase-ingangen en registreer de
meetwaarde.
4. Verbind de rode meetprobe vervolgens met
de derde fase-ingang en registreer deze
meetwaarde.
5. Controleer of er niet meer dan 1% verschil
is tussen deze beide meetwaarden.
Ingangsstroom
Voor het meten van de ingangsstroom is meestal
een stroomtang nodig. U kunt daarvoor zowel
een stroomtang van het transformatortype voor
uitsluitend wisselstroom gebruiken (i200, 80i-
400) als een Hall-effect-stroomtang voor zowel
wissel- als gelijkstroom (i410, i1010).
§ Stroomtang van het transformatortype:
gebruik de AC-functie mA/A. De meetwaarden
in milliampère op het display
zijn de werkelijk in ampère gemeten fasestroomwaarden
§ Stroomtang van het Hall-effecttype: gebruik
de AC-spanningsfunctie. Druk op de gele
knop om het laagdoorlaatfilter in te schakelen.
Hierdoor kan de meter de hoogfrequente
ruis onderdrukken die door de controller van
de aandrijving wordt gegenereerd. De meetwaarden
in millivolt op het display zijn de
werkelijk in ampère gemeten fasestroomwaarden.
Breng de bek van de stroomtang achtereenvolgens
aan om de ingaande kabel van elke
voedingsfase en registreer elk van de gevonden
meetwaarden. Voor een goede balans moeten
alle meetwaarden minder dan 10% van elkaar
verschillen.
Uitgangsspanning
Om de uitgangswisselspanning aan de aan

sluitingen van de aandrijving of de motor te
meten:
1. Gebruik de AC-spanningsfunctie.
2. Sluit de meetprobe aan op de uitgangsspanning
van één van de fasen of op een van de
motoraansluitingen.
3. Sluit de rode meetprobe aan op één van de
beide andere fasespanningen.
4. Druk op de gele knop om het laagdoorlaatfilter
in te schakelen. Registreer nu de
meetwaarde.
5. Verbind de rode meetprobe vervolgens met
de uitgangsspanning van de derde fase en
registreer deze meetwaarde.
6. Controleer of er niet meer dan 1% verschil
is tussen deze beide meetwaarden (zie
afbeelding 2). De meetwaarden moeten
tevens overeenkomen met de waarden op
het controllerdisplay (indien aanwezig).
7. Als het laagdoorlaatfilter niet is ingeschakeld,
kunnen de meetwaarden van de uitgangsspanning
10 tot 30% hoger zijn dan
bij een standaard digitale multimeter (zie
afbeelding 1 en 2).
Motortoerental (1)
Uitgangsfrequentie met spanning als referentie
Om het motortoerental te bepalen, meet u
gewoon de frequentie met ingeschakeld laagdoorlaatfilter.
De meting kan worden uitgevoerd
tussen twee willekeurige fasespanningen
of motoraansluitingen.
1. Gebruik de AC-spanningsfunctie.
2. Sluit de meetprobes aan op twee willekeurige
fasespanningen of motoraansluitingen.
3. Druk op de gele knop om het laagdoorlaatfilter
in te schakelen.
4. Druk op de Hz-knop. De weergegeven
meetwaarde is dan het motortoerental.
Deze meting kan niet met succes worden
uitgevoerd zonder het laagdoorlaatfilter (zie
afbeelding 3 en 4).
Uitgangsstroom
Net zoals bij de ingangsstroom, is er voor het
meten van de uitgangsstroom meestal een
stroomtang nodig. Herhaal de eerder voor
het meten van de ingangsstroom toegepaste
procedure, maar klem de bek nu achtereenvolgens
om elk van de uitgangsfasekabels;
registreer elke meetwaarde zodra deze wordt
weergegeven.
Voor een goede balans moeten alle meetwaarden
minder dan 10% van elkaar verschillen.
(Zie afbeelding 5 en 6).
Motortoerental (2)
Uitgangsfrequentie met stroom als referentie,
met gebruikmaking van een stroomtang van het
Hall-effecttype (AC/DC) (i410, i1010)
Bij motoren die een bedrijfsstroom van ten
minste 20 ampère afnemen, kan het motortoerental
worden bepaald door met stroomtangen
de frequentie te meten.
§ Stroomtang van het transformatortype:
gebruik de AC-functie mA/A. De meetwaarden
in mA op het display zijn de werkelijk
in ampère gemeten fasestroom-waarden.
§ Stroomtang van het Hall-effect-type: tot
nu toe waren problemen met ruis er de
oorzaak van dat er met Hall-effect-stroomtangen
geen nauwkeurige metingen konden
worden uitgevoerd. Hier kunt u lezen hoe
het laagdoorlaatfilter het mogelijk maakt.
Afbeelding 1: Meetwaarde van de uitgangsspanning
zonder gebruik te maken van de laagdoorlaatfilter.
Afbeelding 2: Meetwaarde van de uitgangsspanning met
ingeschakeld laagdoorlaatfilter.
Afbeelding 3: Uitgangsfrequentie (motortoerental) zonder
de laagdoorlaatfilterfilter.
Afbeelding 4: Uitgangsfrequentie (motortoerental) met
gebruik van de laagdoorlaatfilterfilter.
Afbeelding 5: Meetwaarde van de uitgangsstroom zonder
gebruik van de laagdoorlaatfilter.
Afbeelding 6: Meetwaarde van de uitgangsstroom met
aktief laagdoorlaatfilter.
Gebruik de AC-spanningsfunctie. Druk op
de gele knop om het laagdoorlaatfilter in
te schakelen. Hierdoor kan de meter alle
hoogfrequente ruis onderdrukken die door
de controller van de aandrijving wordt gegenereerd.
Breng de bek van de stroomtang
aan om een van de uitgangsfasekabels.
1. Controleer of het meettoestel een stroom
van tenminste 20 ampère weergeeft.
2. Druk op de Hz-knop. De meetwaarden
tonen nu het motortoerental als frequentiemeting.
Metingen via DC-bus
Een deugdelijke DC-bus is essentieel voor een
goed werkende motoraandrijving. Als de busspanning
niet in orde of instabiel is, kunnen er
diodes of condensatoren van omvormers defect
beginnen te raken. De spanning van de DC-bus
moet ca. 1,414 keer de ingangsspanning fase
naar fase bedragen. Bij een ingangsspanning
van 480 volt moet de spanning van de DC-bus
ca. 679 VDC bedragen. De DC-bus is normaliter
voorzien van het opschrift DC+, DC- of B+,
B- op de aansluitstrip van de aandrijving. Om
de spanning van de DC-bus te meten:
1. Selecteer de DC-spanningsfunctie van de
87V.
2. Sluit de zwarte meetprobe aan op de aansluiting
DC- of B-.
3. Sluit de rode meetprobe aan op de aansluiting
DC+ of B+.
De busspanning moet overeenkomen met het
bovenstaande voorbeeld en moet relatief stabiel
zijn. Om de hoeveelheid AC-brom op de bus te
controleren, moet u de functieschakelaar op de
VAC-functie zetten.
Bij sommige kleine aandrijvingen kan er niet
van buitenaf aan de DC-bus worden gemeten
zonder de aandrijving te demonteren. In dat
geval gebruikt u de functie “Peak min max” om
de spanning van de DC-bus via het uitgangsspannings-signaal
te meten.
1. Selecteer de AC-spanningsfunctie.
2. Sluit de meetprobes aan op twee willekeurige
uitgangsfasespanningen.
3. Druk op de MIN MAX-knop.
4. Druk op de knop (Peak min max).
De in de modus “Peak min max” weergegeven
meetwaarde is dan de spanning van de
DC-bus.