Evaluación de armónicos usando un ScopeMeter 123 de Fluke y el software FlukeView ScopeMeter

10-30-2012 | Investigación

Evaluación de armónicos que causan sobrecalentamiento y un recorte de cresta de forma de onda en los transformadores, conmutadores de alta tensión y el cableado con el ScopeMeter® 123 de Fluke y FlukeView®.

Por Chuck Newcombe

Los sistemas de distribución de alimentación eléctrica que sirven cargas electrónicas no lineales suelen mostrar síntomas producidos normalmente por la presencia de corrientes de armónicos. Cuando estas corrientes de armónicos son grandes, pueden hacer que los transformadores, conmutadores de alta tensión y el cableado se sobrecalienten. También pueden causar distorsión en las formas de onda de tensión, lo que a menudo lleva a tensiones de pico más bajos que los normales, llamadas recorte de cresta.

¿Qué indican las formas de onda y qué puede aportar un análisis del espectro?

Bloque de datos del espectro
Bloque de datos del espectro

Desde luego, puede limitarse a observar la magnitud punto por punto de la tensión o de la corriente en el transcurso del tiempo. Se dice que la onda que se ve se encuentra en el dominio de tiempo. Se debería poder detectar las corrientes de pico alto y las tensiones con recorte de cresta que indican que hay armónicos presentes. O usando el software FlukeView® ScopeMeter, de hecho, puede asignar números a los armónicos que distorsionan la forma de onda. Esto resulta útil cuando se evalúa si es necesaria o no una acción correctiva. Para ello, primero debe cargar los datos de forma de onda usando el botón Waveform A que aparece en la barra de menú FlukeView. Después, pasando al menú de instrumentos, haga la única selección posible: Spectrum. Aparece una tabla con barras verticales que representan las amplitudes de los armónicos. Se dice que el análisis se encuentra en el dominio de frecuencia.

Para una onda senoidal de prueba que medí, el bloque de datos del espectro (a la derecha) nos indica que la distorsión armónica total (DAT) es del 0,57 %. La configuración del cursor nos dice que los armónicos 2 y 3 están cada 0,3 % de la tensión fundamental de 60,0 Hz de 4,13 V rms.

Este ensayo se realizó bajo condiciones de señal ideales. La amplitud de la forma de onda usa casi seis divisiones verticales, tres quintas partes de los niveles disponibles del convertidor 255 a/d para describir claramente la forma de onda. También hubo tres ciclos completos de la forma de onda disponible para nuestro análisis del espectro.

¿Cuáles son los límites del software de análisis del espectro en condiciones menores a las ideales?

Forma de onda

Bloque de datos
Espectro
50 mV/pantalla dividida
50 mV/pantalla dividida

Las condiciones de ensayo reales rara vez presentan formas de onda ideales, por lo que decidí reducir la tensión de la onda senoidal disponible para ver lo que ocurriría conforme la señal se hiciera menor. Usando atenuadores resistentes de precisión para la salida de mi generador de forma de onda, reduje la amplitud de la señal de entrada del ScopeMeter sin afectar la calidad de la forma de onda entregada.

Con los 60 dB de atenuación, la señal se redujo a 4 mV y el ScopeMeter 123 se encontraba en su rango disponible más bajo: 5 mv/div.

Al acercarse a la porción de la forma de onda de tres ciclos y usando los cursores Y, pude subrayar algunas explosiones de ruido en la señal de 4,0 mV rms, mostrando que había un ruido significativo (explosiones de casi 2 mV p-p) presentes en la señal a este nivel bajo.

De manera sorprendente, la función Espectro del software FlukeView aún ofrecía una evaluación razonablemente precisa de la onda senoidal, y mostraba el ruido como una distorsión armónica ligeramente incrementada. La distorsión armónica total ahora era de aproximadamente 3 % y el 2.° armónico era el armónico individual más grande en casi 2 %. Sin embargo, la frecuencia notificada de la forma de onda era de solo 0,1 Hz a diferencia del valor nominal entregado de 60,0 Hz.

Manteniendo constante la salida de señal del generador de función, forcé el ScopeMeter para ampliar su rango, reduciendo posteriormente el tamaño de la señal en la pantalla, así como el número de bits a/d disponibles para hacer una muestra de la señal.

En el rango de 50 mV/div, mientras aún se notificaban con precisión 4,0 mV rms, el disparo de la forma de onda no es estable a causa del ruido en la señal.

El análisis del espectro de FlukeView también ha llegado a su límite.

Ahora la frecuencia de 60,0 Hz se reporta como 63,1 Hz, la DAT es de cerca del 18 % y los armónicos 3 y 5 se indican con un índice cercano de 4 %. Además, muchos componentes armónicos aún más grandes aparecen en la pantalla.

Dado que fuimos capaces de evaluar con anterioridad la misma señal con una resolución diez veces mayor que esta en el rango de 5 mV/div, sabemos que las representaciones, tanto de la frecuencia como de los armónicos, no son precisas.

Espectro 50 mv/div
Espectro 50 mv/div

Conclusión

Recomiendo que use formas de onda que abarquen dos o más divisiones verticales como fuente para un análisis del espectro preciso cuando use FlukeView.

¿Qué más debe saber acerca de la forma de onda y su espectro en FlukeView?

El ScopeMeter 123 usa el sobremuestreo a 25 MHz para presentar cada muestra visualizada. Lo que se ve en pantalla se llama gráfica envolvente, en la que cada una de las 250 posiciones horizontales muestra el máximo y el mínimo de muchas muestras tomadas durante cada periodo de muestra visualizado. Cuando extrae los datos de una forma de onda, usando el comando Edit-Copy Data de la barra de menú, puede colocarlos en una hoja de datos en la que verá las columnas para las tensiones máxima y mínima que aparecen en cada ubicación de la forma de onda mostrada.

Si usa Edit-Copy Data en el espectro mostrado, encontrará las columnas de la frecuencia armónica, amplitud armónica y la fase de cada una hasta 40. Con un poco de trabajo en la hoja de datos, he recreado la presentación de forma de onda en el alcance mediante una transformación inversa en dichos datos.

Como puede ver a partir de lo anterior, puede obtener demasiada información útil de su fiable ScopeMeter; sin embargo, es una buena idea conocer sus capacidades y limitaciones para que no saque conclusiones erróneas.