如果我们用配备逆变器驱动电机的新机器替换配备机电启动经典异步电机的旧空调系统，会发生什么？我们将在本文中看到它，其中我报告了我使用手持式示波器在大型购物中心的电气系统中进行的一些测量的结果，其中通过安装采用最新一代技术的设备来修改供暖和空调系统，但相当大的力量。
使用的工具
在进行测量之前，我对所使用的仪器进行了非常简短的概述：它是 Fluke 43B，一款相当过时的手持式示波器，但它可以进行的测量仍然值得赞赏。
Fluke-43B.jpg

以下是其主要特点：
  • 适用于交流电厂领域的双迹示波器 (230V-50Hz)
  • 有效值测量
  • 1路230V电压输入（直接）
  • 通过 500A 钳位或电压测量的电流测量“多功能”输入
  • 测量功率和功率因数，
  • 电压/电流/功率谐波分析
  • 示波器屏幕
  • 10 个“屏幕截图”记忆
该仪器是单相的，但一次只能看到一相的缺点可以通过使用的实用性以及通过移动单个电流钳从一个负载切换到另一负载的速度来弥补。
无论如何，所讨论的公用事业都是由三相机器组成，这些机器在各相之间以平衡的方式吸收大量能量，因此即使只看到一相，也已经具有了所寻求的所有迹象。
图像传输软件非常基本，显示屏上显示的图像以低分辨率保存。
措施对象
受这些措施约束的电力系统专用于为中心的一般服务供电；它们由 MV/bt 变电站供电，该变电站由两个树脂变压器组成，变比为 20000/400V，每个为 630kVA。根据需要，变压器可以并联使用。
在采取措施之前的几个月里，该中心的空调系统进行了一次大修。以前由燃气锅炉提供的供暖现在由多功能空气-水热泵或屋顶（空气-空气热泵）提供。
由于热泵是“可逆的”，所有产生冷冻水的冷水机组和相关的空气处理机组也被拆除，因为安装的新机器能够在冬季和夏季使用。
多用途热泵

重要的提示
在新的配置中，加热的能量是从电网吸收的，而不是甲烷。人们可能会认为这可能会让中压/低压变电站和变压器陷入危机，但事实并非如此，因为它们的尺寸是针对夏季的。
事实上，机舱主要是为空调机供电而设计的，这些空调机的功率类似于冬季新的电力需求。
一切都从...开始
这一切都始于一名维修人员的报告，他对变压器的噪音表示怀疑，在空调系统改造后，变压器的噪音似乎与他一直听到的噪音不同，而且更“烦人”（大约15年）。我指定现在是二月，外部温度低于 10C°，因此系统处于“加热”模式。
由于我意识到从电气角度发生的技术变革，即我们已经从具有经典直接启动功能的异步电机机器转向具有逆变器驱动电机的机器，我怀疑问题的根源可能是由于“谐波”
所以我想最好拿出我的旧手持示波器Fluke 43B来做一些检查，既检查电流和电压波形，又检查Cos(fi)情况。

1 - 多功能机
使用该仪器进行的首次测量涉及约 250 kW 的“多用途”热泵。它是一台联合生产热水和冷水的机器，为内部环境中的风机盘管和吊顶空气处理装置供水。
该机器在压缩机上配备了作用于制冷剂气体的逆变器。至于放置在机盖上的散热风扇，我认为它们是小型单相开关风扇，其大小与我们的观察无关。
Polivalente_oscillscope.jpg

屏幕显示电压迹线（229V）和基本上完美的正弦曲线，以及电流迹线（224A），该迹线严重失真。
然后我继续讨论当前的谐波分析原理图。
Polivalente_arm_corr.jpg

这里我们看到 THD 或谐波失真率约为 37%。最常见的谐波分量是第五次谐波。和第七个；最后我进行了吸收功率的分析（L1 相）：
Versatile_power.jpg

这里可以更好地看出电压波形和电流波形之间的差异。
该机器总共吸收约 140 kW（每相 46kW），但尽管谐波失真率很高，但可以看出 Cosfi 接近 1 (0.98)，因此不需要功率因数校正。
请注意，功率因数等于 0.90，由于明显的谐波失真，该值与 Cosfi 不同。
一个小事件：测量过程中该机器吸收的功率变化非常频繁，因此为了避免错误，我与面板上的仪器进行了交叉检查（下图）。


多用途多用途机器分析仪
2 - 其他机器
除了上面列出的大型机组外，相关空调系统还配备了其他配备逆变器的设备，这些设备会在电流中引入严重的谐波失真。
特别是有：
  • “ROOFTOP”空气处理机
  • 循环泵
让我们看看在这些设备上进行的一些测量。
屋顶
屋顶式是放置在屋顶上的空气对空气热泵，带有管道连接；这些机器还吸收 70 kW 的功率，每台都配备 4 台涡旋式压缩机（直接启动）和 6 台带永磁体和集成电子设备的 EC 型风扇。后者每个吸收约 1.5 kW 的功率，是这些机器吸收的电流谐波失真问题的根源。
屋顶低功率（示波器）

屋顶全功率（示波器）


屋顶全功率（示波器）
从示波器的两个屏幕可以看出，在机器处于低功率状态下，即只有风扇打开的情况下，电流波形的图形极其扭曲，电流中的正弦波几乎无法识别。
另一方面，当“热泵”启动时，4个压缩机的异步电机吸收的电流占主导地位，因此谐波失真的发生率降低：正弦曲线是可见的，即使它看起来是“锯齿状”的。 EC 电机吸收的电流）。
循环泵
我声明，一般在购物中心，在冬季运行时，空调系统必须为中心的用户提供两种流体。这是因为有需要供暖的用户，但也有由于其内部位置而需要空调的用户。
因此，技术用水（冷热水）必须通过 4 管道系统分配给中心的用户。
因此，该工厂配备了 4 套 WILO 循环泵，其中两套用于热泵和冷泵，总功率约为 40kW。
根据欧洲“ERP”指令的要求，所有组都配备了能够反馈液压回路流行情况的逆变器，因此泵不会以最大功率使用，而是根据各个回路的需求进行调节。


循环泵面板
测量时，泵站共吸收了15kW（每相约5kW）功率，因此不到标称功率的40%，以证明逆变器的“调制”作用。
同样在这种情况下，可以看到电流波形显示出高谐波失真，以至于尽管 Cosfi 为 0.98，但功率因数为 0.86。
结果
从技术文献中还可以了解到，用于电机调速的逆变器以非正弦波的方式吸收电流。
我对所讨论的情况的担忧是，这些扭曲的吸收会使中压/低压变压器的运行陷入“痛苦”。
于是我就去看看工具上是怎么说电压的，这里我提出两张截图：


电压 - 示波器


电压-谐波分析

正如您从示波器视图中看到的那样（令我惊讶的是），电压波形并未出现失真。这也可以从我之前在屋顶上进行的测量中看出。
事实上，一切都通过谐波分析得到了证实，其中单相的失真率 (THD) 似乎可以忽略不计（实际上小于 1%）。
结论
显然，尽管存在相当高的功率畸变负载，我们变电站的两台中压/低压变压器并没有退缩，提供了完美的正弦电压。
变电站中存在的变压功率630+630 = 1260kva可能非常高，以至于“扭曲”200-300kW 的存在不会影响变压器的运行。
然而，这些公用事业确实不是连续循环工业工厂的一部分，通常几乎全天都有持续的吸收。
相反，空调机的行为波动很大，因此我以“临时”方式进行的测量并不完全可靠。
事实上，如果在 7:00 而不是 13:00 或 18:00 进行测量，这些系统的行为会有很大差异。更不用说仲冬时节的季节变化，例如一月底的“黑鸟”天，或仲夏时节，室外温度可能为 37°C。
总之，我的建议是，为了消除任何疑虑，有必要使用记录仪器测量电压中的 THD ，如果是三相的则更好。
这些数据应在设施中保留至少 24 小时，但最好保留几天，尤其是将气候和天气条件的变化或设施内部活动的变化纳入记录。