Измеритель мощности WT5000 в масштабах современной промышленности

В 2019 г. компания Yokogawa выпустила на рынок новый измеритель мощности WT5000, имеющий широкий спектр применений в различных областях промышленности. Прибор характеризуется высокой точностью измерений, надежностью и гибкостью. Технические характеристики WT5000 рассмотрены на примерах практического применения.

 

ООО «Иокогава Электрик СНГ», г. Москва,
тел.: +7 (495) 737‑7868

info@ru.yokogawa.com

Опубликовано в Автоматизация в промышленности, ноябрь 2020

 

По мере того, как возобновляемые источники энергии, электромобили и энергоэффективные технологии находят все более широкое применение, возрастает потребность в надежности определения коэффициента полезного действия, производительности и безопасности. Изменение потребностей приложений и развитие международных стандартов требуют нестандартных измерений и постоянной точности. Ответом на вызовы современности стал прецизионный анализатор мощности WT5000, разработанный специалистами компании Иокогава в 2019 г. Благодаря модульной архитектуре WT5000 позволяет инженерам осуществлять инновации с надлежащей точностью, надежностью и гибкостью. 

Новый измеритель мощности WT5000 имеет широкий спектр применений в различных областях промышленности. Среди них: оценка двигателей электромобилей, анализ потребления промышленной робототехники, измерение потерь и тестирование короткого замыкания трансформаторов и т. п. (рис. 1).

Рис. 1. Области применения измерителя мощности WT5000

Остановимся подробнее на применении WT5000 при тестировании устройств компенсации реактивной мощности и испытаниях сервомотора промышленных роботов, а также при исследованиях эффективности работы систем с возобновляемыми источниками энергии.

Тестирование устройств компенсации реактивной мощности 

Устройство компенсации реактивной мощности играет ключевую роль в решении проблемы качества электроэнергии, вызванной большим числом нелинейных нагрузок, подключенных к электросети одновременно. Специальная экранировка и оптическая развязка измерительных цепей на основе технологии Yokogawa isoPRO, реализованные в WT5000, защищает от помех и наводок. 

Преимуществами при использовании измерителя мощности Yokogawa WT5000: 

1. многоканальность — с использованием семи каналов могут одновременно измеряться параметры трехфазной энергосети на входе/выходе устройства компенсации реактивной мощности (КРМ); 
2. высокая точность — 0,01% от показания + 0,02% от диапазона (50/60 Гц) и 0,02% чтения +0,05% диапазона по постоянному току; 
3. поддержка функции анализа гармоник — может выполнять анализ до 500 гармоник напряжения, тока и мощности.

Испытания сервомотора промышленных роботов 

Серводвигатели и сервомоторы широко используются в современном оборудовании, например, промышленных роботах и станках с ЧПУ. Для эффективной работы этого оборудования необходимо периодически производить проверки следующих характеристик: напряжение, ток, входная мощность, механическая мощность сервопривода мотора и контроллера. 

Также необходимо реализовать решение следующих задач:

• измерение механической мощности и эффективности серводвигателя;
• измерение входного напряжения контроллера, а также значений мощности, напряжения и тока серводвигателя;
• анализа гармоник напряжения и тока;
• измерение общей потребляемой мощности робота.

Рис. 2. Схема испытания сервомотора промышленных роботов

Использование измерителя мощности WT5000 при испытаниях сервомотора промышленных роботов (рис. 2) позволяет провести все указанные измерения, а также обеспечивает следующие преимущества: 

1. измерение электрических параметров с высокой точностью — погрешность до 0,01% показания + 0,02% в диапазоне 50…60 Гц или 0,02% от показаний + 0,05% диапазона по постоянному току; 
2. многоканальность для реализации многоточечного измерения — до семи каналов позволяют измерять входную мощность контроллера и изменение выходной мощности двигателя; 
3. функция анализа гармоник — может выполнять анализ гармоник до 500 порядка на напряжение, ток и мощность. Функция измерения гармоник может одновременно выполнить измерение гармоник на входе контроллера и входе двигателя.

Исследования эффективности работы систем с возобновляемыми источниками энергии

Известно, что потребление энергии человечеством с каждым годом растет. Вместе с тем запасы традиционных природных топлив (нефти, угля, газа и др.) конечны. Конечны также и запасы ядерного топлива. Практически неисчерпаемы запасы термоядерного топлива — водорода, однако управляемые термоядерные реакции пока не освоены, и неизвестно, когда они будут использованы для промышленного получения энергии в чистом виде, то есть без участия в этом процессе реакторов деления. В связи с указанными проблемами становится все более необходимым использование нетрадиционных энергоресурсов, в первую очередь солнечной, ветровой, геотермальной энергии, наряду с внедрением энергосберегающих технологий. 

Среди возобновляемых источников энергии солнечная радиация по масштабам ресурсов, экологической чистоте и повсеместной распространенности наиболее перспективна. Именно поэтому в настоящее время все чаще и чаще в промышленности внедряются системы модулей солнечных батарей (рис. 3). 

Рис. 3. Пример модуля солнечных батарей

В отличие от солнечных коллекторов, производящих нагрев материала-теплоносителя, солнечная батарея производит непосредственно электричество. Энергия, генерируемая модулями фотоэлектрических элементов (и ветряными турбинами), преобразуется из постоянного тока в переменный с помощью подсистемы преобразования мощности (PCS). Минимизация потерь в этих преобразованиях повышает эффективность всей энергетической системы. 

Рис. 4. Схема преобразования энергии от модулей солнечных батарей

Тщательное измерение и контроль полученных данных от солнечных батарей — главный критерий безопасной и продуктивной работы всей системы. Для возможности следить за правильной работой фотоэлектрических преобразователей энергии необходимо оборудование (рис. 4), которое будет удовлетворять следующим требованиям:

• высокоточные измерения от 6 фаз переменного тока для генерации от энергии ветра и 3 фаз постоянного тока и 3 фазы переменного тока для генерации от фотоэлектрической энергии;
• оценка гармонических сигналов инвертора из-за помех от коммутационных цепей;
• измерение количества расхода энергии, а также оценка заряда /разряда батареи;
• измерение мгновенной пиковой мощности в MPPT-контроле и генерации фотоэлектрической энергии.

Новейший измеритель мощности WT5000 позволяет не только удовлетворить всем перечисленным требованиям, но и обладает следующими особенностями:

1. несколько каналов и широкий входной диапазон позволяют оценивать эффективность потребления и расхода энергии, используя семь входных каналов для одновременных измерений с входов/выходов повышающего преобразователя, инвертора и аккумуляторной батареи. WT5000 обеспечивает высочайшую точность измерения мощности в широком диапазоне; 
2. измерение коэффициента гармонических искажений — функция измерения гармоник позволяет измерять гармонические составляющие и отображать коэффициент гармонических искажений (THD); 
3. расчет стоимости потраченной/полученной энергии и контроль заряда/разряда аккумуляторов — WT5000 позволяет учитывать в расчетах стоимости полученные значения тока (q), полной мощности (WS), реактивной мощности (WQ), а также эффективной интеграции мощности в режиме зарядки/разрядки для батареи;
4. измерение максимального значения мощности — WT5000 способен измерять не только напряжение, ток и мощность, но также и пиковые значения напряжения, тока и мощности; 
5. потоковая передача данных для детального анализа работы — используя функцию потоковой передачи данных, можно измерять и выводить непрерывно измеренные данные формы волны до 2 МВыб/с или до 22 элементов. Такие числовые данные и данные формы потока могут быть синхронизированы. Затем эти измерения могут быть проанализированы и сопоставлены в сравнении с другими, ранее полученными значениями. 

Таким образом, измеритель мощности Yokogawa WT5000 обладает широким спектром возможностей для обеспечения точных измерений при использовании в самых разных сферах производства.