Por Chuck Newcombe
Los sistemas de distribución de energía que entregan cargas electrónicas no lineales a menudo muestran síntomas producidos normalmente por la presencia de corrientes armónicas. Cuando estas corrientes armónicas son grandes, pueden hacer que los transformadores, conmutadores y el cableado se sobrecalienten. También pueden causar distorsión en las formas de onda de tensión, lo que a menudo lleva a tensiones de pico más bajas que las normales, efecto llamado recorte de cresta.
¿Qué indican las formas de onda y qué puede agregar un análisis de espectro?
Desde luego, usted puede simplemente observar la magnitud punto por punto de la tensión o de la corriente en el transcurso del tiempo. Se dice que la onda que usted ve se encuentra en el dominio de tiempo. Usted debería poder detectar las corrientes de pico alto y las tensiones con recorte de cresta que indican que hay armónicos presentes. O usando FlukeView® ScopeMeter software, de hecho, usted puede ponerle número a los armónicos que distorsionan la onda. Esto es útil cuando se evalúa si es necesaria o no una acción correctiva. Para ello, primero debe cargar los datos de forma de onda usando el botón Waveform A que aparece en la barra de menú FlukeView. Después, pasando al menú Herramientas, haga la única selección posible: Spectrum. Aparece una tabla con barras verticales que representan las amplitudes de los armónicos. Se dice que el análisis se encuentra en el dominio de frecuencia.
Para una onda sinusoidal de ensayo que medí, el bloque de datos del espectro (a la derecha) nos indica que la distorsión armónica total (THD) es de 0.57 %. La configuración del cursor nos dice que el 2.° y 3.° armónico están cada 0.3 % de la tensión fundamental de 60.0 Hz de 4.13 V RMS.
Este ensayo se realizó bajo condiciones ideales de señal. La amplitud de la onda usa casi seis divisiones verticales, usando tres quintas partes de los niveles disponibles del convertidor a/d 255 para describir claramente la onda. También hubo tres ciclos completos de la forma de onda disponibles para nuestro análisis de espectro.
¿Cuáles son los límites del software de análisis de espectro bajo condiciones menores a las ideales?
Las condiciones de ensayo reales rara vez presentan formas de onda ideales, por lo que decidí reducir la tensión de la onda sinusoidal disponible para ver lo que ocurriría conforme la señal se hiciera menor. Usando atenuadores resistivos de precisión para la salida de mi generador de forma de onda, reduje la amplitud de la señal de entrada del ScopeMeter sin afectar la calidad de la forma de onda entregada.
Con los 60 dB de atenuación, la señal se redujo a 4 mV y el ScopeMeter 123 se encontraba en su rango disponible más bajo: 5 mv/div.
Al hacer un acercamiento sobre una porción de la forma de onda de tres ciclos y usando los cursores Y, pude subrayar algunas ráfagas de ruido en la señal 4.0 mV rms, mostrando que había un ruido significativo (ráfagas de casi 2 mV p-p) presentes en la señal a este nivel bajo.
De manera sorpresiva, la función de espectro del software FlukeView aún proveía una evaluación razonablemente precisa de la onda sinusoidal, mostrándose el ruido como una distorsión armónica ligeramente incrementada. La distorsión armónica total ahora era de aproximadamente 3 % y el 2.° armónico era el armónico individual más grande en casi 2 %. Sin embargo, la frecuencia informada de la forma de onda era de solo 0.1 Hz a diferencia del valor nominal entregado de 60.0 Hz.
Manteniendo constante la salida de señal del generador de función, forcé el ScopeMeter para ampliar su rango, reduciendo posteriormente el tamaño de la señal en la pantalla, así como el número de bits a/d disponibles para hacer una muestra de la señal.
En el rango de 50 mV/div, mientras aún se reportan con precisión 4.0 mV rms, el disparo de la forma de onda no es estable a causa del ruido en la señal.
El análisis del espectro de FlukeView también ha llegado a su límite.
Ahora la frecuencia de 60.0 Hz se informa como 63.1 H, la THD es de cerca del 18 % y los armónicos 3 y 5 se indican con un índice cercano de 4 %. Además, muchos componentes armónicos aún más grandes aparecen en la pantalla.
Dado que pudimos evaluar con anterioridad la misma señal con una resolución diez veces mayor a esta en el rango de 5 mV/div, sabemos que las representaciones tanto de la frecuencia como de los armónicos, no son precisas.
Conclusión
Recomiendo que use formas de onda que abarquen dos o más divisiones verticales como fuente para un análisis espectral preciso cuando use FlukeView.
¿Qué más debe saber acerca de la forma de onda y su espectro en FlukeView?
El ScopeMeter 123 usa el sobremuestreo a 25 MHz para presentar cada muestra visualizada. Lo que usted ve en pantalla se llama gráfica envolvente, en la que cada una de las 250 posiciones horizontales muestra el máximo y el mínimo de muchas muestras tomadas durante cada periodo de muestra visualizado. Cuando extrae los datos de una forma de onda, usando el comando Edit-Copy Data de la barra de menú, usted puede colocarlo en una hoja de datos en la que verá las columnas para las tensiones máxima y mínima que aparecen en cada ubicación de la forma de onda mostrada.
Si usa Edit-Copy Data en el espectro mostrado, encontrará las columnas de la frecuencia armónica, amplitud armónica y la fase de cada una hasta 40. Con un poco de trabajo en la hoja de datos, de hecho he recreado la forma de onda mostrada en el alcance mediante una transformación inversa en dichos datos.
Como puede ver a partir de lo anterior, puede obtener demasiada información útil de su confiable ScopeMeter; sin embargo, es una buena idea conocer sus capacidades y limitaciones para que no haga conclusiones erróneas.