Évaluer des harmoniques à l'aide d'un ScopeMeter Fluke 123 et d'un logiciel ScopeMeter FlukeView.

10-30-2012 | Recherche

Évaluer des harmoniques qui entraînent une surchauffe et un aplatissement des formes d'onde dans les transformateurs, les systèmes de commutation et le câblage, à l'aide d'un ScopeMeter® Fluke 123 et de FlukeView®.

Par Chuck Newcombe

Les systèmes de distribution d'électricité desservant des charges électriques non linéaires présentent souvent des symptômes habituellement générés par la présence de courants harmoniques. Lorsque ces courants harmoniques sont importants, ils peuvent entraîner une surchauffe des transformateurs, des systèmes de commutation et du câblage. Ils peuvent également entraîner une distorsion des formes d'onde de tension, menant souvent à des tensions de crête plus basses que la normale appelées aplatissement.

Ce que les formes d'onde vous disent, et ce qu'une analyse spectrale peut apporter

Bloc de données spectrales
Bloc de données spectrales

Bien sûr, vous pouvez simplement regarder point par point l'amplitude de la tension ou du courant en fonction du temps. On dit de la forme d'onde que vous voyez qu'elle est dans le domaine temporel. Vous pouvez détecter les courants de crête élevés et les tensions à sommet aplati qui indiquent la présence d'harmoniques. Ou, à l'aide du Logiciel FlukeView® ScopeMeter, vous pouvez vraiment mettre des chiffres sur les harmoniques qui déforment la forme d'onde. Cela est utile lorsque vous évaluez la nécessité d'une action corrective. Pour ce faire, vous devez d'abord télécharger des données de forme d'onde à l'aide du bouton Forme d'onde A qui s'affiche dans la barre de menu FlukeView. Ensuite, en allant dans le menu Outils, vous faites la seule sélection possible : Spectrum. Un diagramme à barres verticales représentant les amplitudes harmoniques s'affiche. On dit de cette analyse qu'elle est dans le domaine de fréquence.

Pour une onde sinusoïdale de test que j'ai mesurée, le Bloc de données spectrales (à droite) nous dit que la distorsion harmonique totale (THD) est de 0,57 %. Les réglages du curseur nous disent que les 2e et 3e harmoniques sont chacune à 0,3 % de la tension fondamentale de 60,0 Hz de 4,13 V RMS.

Ce test a été réalisé dans des conditions de signal idéales. L'amplitude de la forme d'onde utilise presque six divisions verticales, en utilisant trois cinquièmes des 255 niveaux disponibles du convertisseur A/D pour décrire clairement la forme d'onde. Trois cycles complets de la forme d'onde sont également disponibles pour notre analyse de spectre.

Quelles sont les limites du logiciel d'analyse spectrale dans des conditions moins qu'idéales ?

Forme d'onde
Bloc de données
FFT
Écran 50 mV/div
Écran 50 mV/div

Les conditions d'essai réelles présentent rarement des formes d'onde idéales, donc j'ai décidé de réduire la tension d'onde sinusoïdale disponible pour voir ce qui se passerait lorsque le signal devient plus faible. En utilisant des atténuateurs résistifs de précision pour la sortie de mon générateur de forme d'onde, j'ai réduit l'amplitude du signal d'entrée du ScopeMeter sans affecter la qualité de la forme d'onde rendue.

Avec 60 dB d'atténuation, le signal a été réduit à 4 mV, et le ScopeMeter 123 était sur sa gamme disponible la plus basse : 5 mV/div.

En zoomant sur une portion de la forme d'onde de trois cycles, et en utilisant les curseurs Y, j'ai pu mettre en évidence des salves de bruit sur le signal 4,0 mV RMS, montrant qu'il y avait un bruit significatif (presque 2 mV par salve) présent sur le signal à son niveau bas.

De façon surprenante, la fonction Spectre du logiciel FlukeView fournissait toujours une évaluation raisonnablement précise de l'onde sinusoïdale, le bruit montrant jusqu'à une distorsion harmonique légèrement accrue. La distorsion harmonique totale était à présent d'environ 3 % et la 2e harmonique était l'harmonique simple la plus importante à presque 2 %, mais la fréquence rapportée de la forme d'onde n'était qu'à 0,1 Hz de la valeur nominale délivrée de 60,0 Hz.

Avec la sortie du signal du générateur de fonction maintenue constante, j'ai à présent forcé le ScopeMeter à monter en gamme, réduisant encore la taille du signal sur l'écran, et réduisant le nombre de bits A/D disponibles pour échantillonner le signal.

Sur la gamme 50 mV/div, avec 4,0 mV RMS étant toujours rapportés avec précision, le déclenchement de forme d'onde n'est pas stable à cause du bruit sur le signal.

L'analyse spectrale FlukeView a également atteint ses limites.

La fréquence de 60,0 Hz est à présent rapportée à 63,1 Hz, la THD est d'environ 18 % et les 3e et 5e harmoniques sont indiquées à environ 4 %. De plus, de nombreuses composantes harmoniques égales s'affichent sur l'écran.

Comme nous avons été capables d'évaluer précédemment le même signal avec dix fois cette résolution sur la gamme 5 mV/div, nous savons que les représentations de la fréquence et des harmoniques sur cet écran ne sont pas précises.

Spectre 50mV/div
Spectre 50mV/div

Conclusion

Je vous recommande d'utiliser des formes d'onde s'étendant sur deux divisions verticales ou plus comme source pour une analyse spectrale précise lorsque vous utilisez FlukeView.

Que pouvons-nous apprendre d'autre sur une forme d'onde et son spectre dans FlukeView ?

Le ScopeMeter 123 utilise un suréchantillonnage à 25 MHz pour présenter chaque échantillon affiché. Ce que vous pouvez voir sur l'écran est appelé un affichage d'enveloppe, où chacune des 250 positions horizontales montre le maximum et le minimum de plusieurs échantillons pris pendant chaque période d'échantillonnage affichée. Lorsque vous extrayez les données d'une forme d'onde, en utilisant Modifier-Copier données dans la barre de menu, vous pouvez les placer dans une feuille de calcul où vous verrez des colonnes pour les tensions maximale et minimale apparaître à chaque emplacement dans la forme d'onde affichée.

Si vous utilisez Modifier-Copier données sur le spectre affiché, vous trouverez des colonnes pour la fréquence harmonique, les amplitudes harmoniques et la phase de chacune jusqu'à 40. Avec un peu de travail dans une feuille de calcul, j'ai effectivement recréé la forme d'onde affichée sur l'oscilloscope en réalisant une transformée inverse de ces données.

Comme vous pouvez le voir ci-dessus, vous pouvez tirer beaucoup d'informations utiles de votre ScopeMeter fiable, mais il est bon de connaître ses capacités et ses limites pour ne pas tirer de conclusions erronées.