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为什么真有效值对于HVAC技术人员很重要

为什么真有效值对于HVAC技术人员很重要

  • 内容摘要:非线性负载需要一个真有效值测试工具才能获得精确读数 对于今天的暖通 (HVAC) 技术人员来说,如果不使用真有效值测试工具,电气问题的故障排查会变得更加困难。部分原因是由于包

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详细描述

非线性负载需要一个真有效值测试工具才能获得精确读数

对于今天的暖通 (HVAC) 技术人员来说,如果不使用真有效值测试工具,电气问题的故障排查会变得更加困难。部分原因是由于包含功率半导体和整流器的新型固态可调速电机驱动器和加热控制器的广泛采用。这些负载被称为是"非线性"的。非线性负载会以短脉冲而不是平稳的正弦波来吸收电流,而感应电机等线性负载是以正弦波来吸收电流的。电流波形对测试工具的读数具有显著的影响。

通常具有两种类型的电气测试工具:"平均响应有效值指示"型和"真有效值"型。平均响应测试仪器可针对感应电机、电阻加热器和白炽灯等线性负载给出正确读数。但当负载是非线性时,平均响应仪表在测量线路侧电流时会产生比真实值低 5% 到高达 40% 的读数。
使用一块真有效值钳形表来检查压缩机控制器上的电流。
使用一块真有效值钳形表来检查压缩机控制器上的电流。

一、真有效值对于 HVAC 的意义

考虑复杂 HVAC 和制冷系统中发现的所有问题。自然,不仅存在大量的电气和机械问题,而且还存在着控制系统问题、空气供应平衡问题、压缩机性能以及冷却剂温度与压力、过热、过冷以及对于空调和制冷性能起根本作用的空气流动之间的精细平衡等诸多方面的问题。 现在考虑这些问题中有多少涉及非线性负载。从本质上说,任何在电源部分中包含半导体的控制器或系统都可被认为是一个非线性负载。通常在对 HVAC 设备故障进行排查时 通常,在对因电气问题引起的 HVAC 设备故障或另人讨厌的脱扣进行故障排除时,您的第一本能就是要配电盘有断路器脱扣或过载。但是,如果该电路上具有一个非线性负载,就需要使用一个真有效值测试工具来精确测量真实负载电流以确定问题所在:电路发生了故障?电路过载?负载本身的问题?
上面的分支电路为一个具有失真电流的非线性负载馈电。上图右侧的钳形表读数正确,但平均响应钳型表读数要低 32%。
一个电流,两个读数。你信任哪个?上面的分支电路为一个具有失真电流的非线性负载馈电。上图右侧的读数正确,但平均响应钳型表读数要低 32%。


二、HVAC 电气测量受有效值影响

下面概括了需要使用一个真有效值测试工具的 HVAC 电气测量。
1、测量供电侧电流和电压以及负载侧电流和电压
2、测量3相供电系统的电流和电压相平衡
3、压缩机电机的故障排除


三、压缩机电机故障排除

压缩机故障经常由电气故障引起。用于这种测量的最佳工具是一个真有效值钳位表,或一个带电流钳附件的真有效值数字式。
1.在电气测试之前,让压缩机冷却下来。这会使设备恢复到其正常状态。然后,拆下电气端子盖。
2.在压缩关闭的情况下检查负载中心处的输入电压。输入电压过低会使电机吸收高于正常值的电流,并可能导致过热和提前发生故障。输入电压过高会在电机起动时引起过大的冲击电流,同样也导致提前发生故障。
3.在压缩运转的情况下检查电机端子处的输入电压。真有效值电压应位于电机额定值的 10 % 范围内。
4.检查运转电流。重负载运转期间,读数不应超过厂商规定的满负载额定电流。正常情况是负载条件下电流应较低。过高的电流可能由短路或接地绕组、不良电容器或有故障的继电器或轴承疲劳引起。


四、由制冷系统问题引起的压缩机电机故障的排除

压缩机电气问题经常由机械系统故障或安装及维修错误所引起。压缩机轴承可能会因润滑不正确或返回压缩机的机油不充分(主要由不良的管道引起)而发生故障或被锁住。为了诊断此问题,使用一个真有效值测试工具来测量压缩机电流。电流读数不应超过厂商提供的满负载额定值。磨损的轴承可引起比正常值高的电流读数。

五、检查压缩机三相电机中的电压失衡

三相电机中的电压失衡会在电机绕组中产生很高的电流。这些较高电流会产生可使性能下降并破坏绕组绝缘的附加热量。10°C 的电机温度上升会使电机寿命减半。
电压失衡通常由在压缩机所在的相同的电路上增加单相负载引起,虽然有时部件故障是罪魁祸首。三相电机的电压失衡不应超过 1%。否则的负载容量将会下降。使用以下公式来计算电压失衡:

% 电压失衡 = 100 x(与平均值的最大偏差)/(平均电压)

例如,假设真有效值电压为 449、470 和 462,平均电压为 460。与平均值的最大偏差为 11 V。电压失衡百分数为 100 x 11/460 = 2.39 %。结果表明,存在电压失衡问题。电机与负载越接近,它所具有的储备功率就越少,对电机的电源电压进行定期检查就变得更为重要。


六、检查压缩机三相电机中的电流失衡

为获得精确结果,使用一个真有效值钳位表或带有一个电流钳附件的真有效值数字式万用表来测量电流。测量压缩机三相电机上的电流的目的是确保不超过电机铭牌上标明的满负载额定值,并检查所有三相是否都处于平衡状态。不平衡电流可由相间的电压失衡、短路的电机绕组和一个高阻接头所引起。请使用与上面相同的公式来计算电流失衡,将公式中的电压用电流代替。三相电机的最大电流失衡通常为 8 % 至 10 %。1 % 的电压失衡将会引起 8 % 的电流失衡。

七、什么是真有效值?

"RMS""root-mean-square"(均方根)。

它来源于用于计算任意 AC 波形的有效值(或发热值)的一个数学公式。在电气术语中,ac rms值等同于特定波形(电压或电流)的 dc 发热值。例如,
什么是真有效值?
如果电炉中的电阻发热元件在 240 V ac rms 下的额定发热量为 15 kW,则如果施加 240 V dc 电压而不是 ac 电压,就会得到相同的热量。从测量的角度来说,rms 值等于正弦波峰值的 0.707 倍。 Vrms = Vpeak x .707

例如,如果一个 ac 电压源的正峰值为 165 V,则:
Vrms = Vpeak x .707
Vrms = 165 x .707
Vrms = 116.655 V

熔断器、母排、导线和断路器的热元件等部件都以有效值 (rms) 电流来标明额定值,因为它们的主限制作用与热量耗散有关。如果我们想检查一个电路有无过载,则需要测量 rms 电流,并将测量值与有关部件的额定值进行比较。

真有效值万用表和其它测试工具可精确响应 ac 电压值而不管波形是线性还是非线性。 如果一个测试工具被标明可响应真有效值,这意味着该工具的内部电路会根据 rms 公式来计算发热值。这种方法可给出正确的发热值,而不管电流波形如何。

平均响应 rms 值指示工具没有真有效值电路。它们使用一种简捷方法来找到 rms 值。这些仪表可捕获 ac 波形经过整流的平均值,并将数值乘以 1.1 以计算出 rms 值。

换言之,它们所显示的值不是一个真实值,而是一个基于波形的假设计算出来的值。平均响应方法适用于纯粹正弦波,但在波形因可调速驱动器或计算机而发生波形失真时,可能会导致高达 40 % 的较大读数误差。下表给出了两种不同类型仪表响应不同波形的方式的一些示例。

在今天的高技术 HVAC 环境中,最好的方法是仅选择和使用真有效值测试工具以获得最佳结果。


八、平均响应型钳形表与真有效值型钳形表的比较


万用表类型

对正弦波的响应

对方波的响应

对单相二极管整流器的响应

对三相二极管整流器的响应

平均响应

正确

高 10 %

低 40 %

低 5 % 至 30 %

真有效值

正确

正确

正确

正确


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