Electrical Power Analyzer

Performing Harmonic Analysis to Identify Signal

ปัจจุบันอุปกรณ์เพาเวอร์อิเล็กทรอนิกส์มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในงานอุตสาหกรรมและมีความต้องการเพิ่มมากขึ้นตามการขยายตัวของเศรษฐกิจ อุปกรณ์และเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ที่มีอยู่ในปัจจุบัน เช่น เครื่องสำรองไฟ

สวิทซ์ชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย อินเวอร์เตอร์ รวมไปถึงระบบในรถยนต์ไฟฟ้าด้วย สิ่งเหล่านี้จะต้องได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสมเพื่อป้องกันการเกิดสัญญาณรบกวนขึ้นในระบบไฟฟ้า หลังจากที่มีการต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าเข้าสู่ระบบไฟฟ้าแล้วนั้น การวัดคุณภาพของไฟฟ้าโดยรวมจะเป็นสิ่งสำคัญในการประเมินคุณภาพของระบบไฟฟ้าในสถานที่นั้น ๆ

 

ในการออกแบบและผลิตสินค้า อุปกรณ์เพาเวอร์อิเล็กทรอนิกส์ จะมีมาตรฐานอุตสาหกรรมเช่น IEC 6100-3-2 Class A ถึง D ที่เข้ามาควบคุมดูแลด้านการรบกวนอันเนื่องมาจากความถี่ฮาร์มอนิก เพื่อเป็นการป้องกันปัญหาที่จะเกิดขึ้นกับระบบไฟฟ้า ดังนั้นการผลิตสินค้าออกสู่ท้องตลาดต้องผ่านมาตรฐานที่กำหนด ทั้งนี้ก็เพื่อลดการรับมือฮาร์มอนิกในระบบไฟฟ้าโดยรวมที่ต้องอาศัยค่าใช้จ่ายที่สูง การหาต้นตอสาเหตุของการเกิดและทำการแก้ไขปัญหาที่ตัวอุปกรณ์เองจะช่วยให้สามารถประหยัดค่าใช้จ่ายส่วนนี้ไปได้

 

จากปัจจัยข้างต้นสิ่งที่จะช่วยในการออกแบบและตรวจสอบคุณภาพของอุปกรณ์เพาเวอร์อิเล็กทรอนิกส์ก็คือ เครื่องมือวัดที่มีชื่อเรียกว่า Power Analyzer ซึ่งโดยทั่วไปแล้วตัวเครื่อง Power Analyzer มีการแสดงผลออกมาเป็นตัวเลข ค่าแรงดัน กระแส กำลังงาน power factor เหมาะสำหรับติดตั้งถาวร สำหรับเฝ้าสังเกตการเปลี่ยนแปลของตัวเลขเพื่อดูภาพรวมของระบบไฟฟ้า และ Oscilloscope ที่เป็นเครื่องมือวัดที่แสดงผลออกมาเป็นรูปคลื่นไฟฟ้าเหมาะสำหรับการตรวจวิเคราะห์เชิงลึกสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้า แต่ไม่เหมาะสำหรับการวัดไฟฟ้ากำลังโดยตรงเนื่องจากไม่รองรับแรงดันอินพุทที่สูงมากนัก ปัจจุบันจึงมีการออกแบบเครื่องมือวัดที่รวมเอาเครื่องมือทั้ง 2 ชนิดเข้าหากันมีชื่อเรียกว่า Integrated Power Analyzer ทำให้สามารถวิเคราะห์ตัวเลขและรูปคลื่นไฟฟ้าได้ด้วยเครื่องมือตัวเดียว และมีความละเอียดมากกว่าและสามารถใช้ตรวจสอบเครื่องใช้ไฟฟ้า 1-3 เฟส

 

ตัวอย่างการวัดค่าพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าด้วย Integrated Power Analyzer ตัวเครื่องสามารถแสดงผล ค่าแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า กำลังไฟฟ้า มุมต่างเฟสของกระแสและแรงดัน และ Power factor ออกมาเป็นตัวเลข ในขณะเดียวกันก็แสดงรูปคลื่นของสัญญาณข้างต้นในเวลาเดียวกันช่วยให้เราสามารวิเคราะห์พฤติกรรมการไหลของกระแสไฟฟ้าในตัวอุปกรณ์ไฟฟ้า ดูช่วงเวลาที่กระแสไฟฟ้าไหล และช่วงเวลาที่มีกำลังไฟฟ้าสูงสุดตัวอย่างการวัดค่าประสิทธ์ภาพ (Efficiency) ของอุปกรณ์ไฟฟ้าเช่นอินเวอร์เตอร์หรือเพาว์เวอร์ซับพลาย ที่มีการแปลงรูปแบบของไฟฟ้าเช่น จากไฟฟ้ากระแสตรง เป็นไฟฟ้ากระแสสลับโดยเป็นการวัดเปรียบเทียบระหว่างกำลังไฟฟ้าเข้าและกำลังไฟฟ้าที่ออกมาจากอุปกรณ์ไฟฟ้า

คำนวณออกมาเป็นค่าร้อยละตามสูตร ​

ซึ่งไม่มีอุปกรณ์ใดที่มีประสิทธิภาพได้เต็ม 100% เพราะภายใต้กระบวนการทางไฟฟ้าย่อมมีความสูญเสียเกิดขึ้นในรูปแบบต่าง ๆ เช่น ความร้อน

 

การมีฮาร์มอนิกในระบบไฟฟ้าเกินมาตรฐานนั้นส่งผลเสีย เช่น ทำให้เกิดความร้อนในสายส่งไฟฟ้าและหม้อแปลง  มีกระแสไฟฟ้าไหลในเส้นนิวตรอนส่งผลให้เบรกเกอร์ทริปบ่อย ๆ  มีการแพร่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมารบกวนระบบอื่น ลดอายุการใช้งานของมอเตอร์และหม้อแปลง    Power Analyzer สามารถช่วยวัดฮาร์มอนิกทางไฟฟ้าออกมาในรูปแบบของกราฟแท่งเพื่อให้เราสามารถเห็นค่าแรงดันของความถี่ฮาร์มอนิกต่าง ๆ มีค่าเท่าไหร่ มีความถี่ใดบ้าง และสามารถนำไปเทียบกับมาตรฐาน IEC 61000-3-2 

References: IRC Technologies Inc.

Nowadays, power electronic devices play a significant role in industries and there are more demands each year according to the economic growth. Current examples of power electronic devices include UPS (uninterruptible power supply), switching for power supply, inverter and electric car system. These devices need to be designed properly to prevent noise inside the electrical system after the electronic device is connected to the electricity. Therefore, the measurement of electrical quality is the priority in the evaluation of the quality of the electrical system at a particular place.​

 

To design and produce these power electronic devices, there must be industrial standards such as IEC 6100-3-2 Class A to D to monitor and control the noise caused by harmonic frequencies. This is aimed to prevent problems inside the electrical system. Therefore, the production of these devices before entering the market needs to meet the standards in order to reduce the harmonics. However, this procedure requires a high cost and as such the ability to detect the sources as well as to resolve the problems beforehand can save a lot of cost.​

 

As mentioned, the factor which helps the design and the verification of the quality of the power electronic devices is a measuring device called Power Analyzer. In general, Power Analyzer display the output in terms of number, voltage, current, workload, power factor suitable for permanent installation. It monitors the changes in the number in order to get the whole picture of the electrical system. Another important device, Oscilloscope is a measuring device which displays the output in terms of electrical waves suitable for an in-depth analysis of electrical equipment. However, it is not suitable for the direct measurement of electrical power because it cannot accept high input. Nowadays, there is a new device which combines these two devices and this new equipment is called Integrated Power Analyzer which can analyze numbers and electrical waves as well as give more details. It can also be used to analyze electrical appliances from 1 to 3 phases.​

 

An example of measuring the electrical parameter by using Integrated Power Analyzer shows that the voltage, the current and the power as well as the phase angle and power factor in the numerical format. At the same time, the machine displays the electrical waves so that we can analyze the behavior of the current flow inside the electrical appliance. We can see the period in which the current flows and the period with the highest power amount.​

 

An example of measuring efficiency of the electrical appliance such as invert or power supply which requires the conversion of electricity such as from direct current to alternating current by measuring the power flowing in and the power flowing out of the electrical appliance.​

The calculation can be done in terms of percentage as follows:​

No electrical appliance can achieve 100% efficiency because under the electrical process, the device will usually lose its power due to various factors such as heat.​

 

Harmonics in the electrical system will cause damage such as the overheat in the lead cable and the transformer, resulting in the electrical flow in Neutral Line and the circuit breaker trip. Moreover, there are other frequencies to distort other system and these reduce the lifetime of the motor and the transformer. Power Analyzer can measure electrical harmonics in the format of bar chart so that we can see the voltage of harmonic frequencies and the values in comparison to the IEC 61000-3-2 standards.​

Electrical Power Analyzer​​

Performing Harmonic Analysis to Identify Signal​​

Source: MEGA Tech Magazine, Jul-Aug 2017

© 2018 Advance Industry Media Plus Co., Ltd. All Rights Reserved.​​

Advance Industry Media Plus Co., Ltd.
1104/339 Pattanakarn Road Suanluang, Suanluang, Bangkok, 10250 Thailand

Tel. +66 2136 1406-7

Fax. +66 2187 2899

www.aimplus.co.th   

info@aimplus.co.th​

Ms. Khemruji Pruankaewmanee

Tel: +66 2 136 1406-7
Email: khemruji@aimplus.co.th​

aimplus.co.th

Reader voices

Advertisers

Subscribe

ADVERTISE WITH US 

LINKS

FOLLOW US ON SOCIAL MEDIA

megatech magazine, industry 4.0 manufacturing, business matching
megatech magazine, industry 4.0 manufacturing, business matching
megatech magazine, industry 4.0 manufacturing, business matching
www.digigate.co.th