„Die Vielseitigkeit von LabVIEW und seinen PXI-Karten hat es uns ermöglicht, ein Multifunktionsoszilloskop zu entwickeln, das mit kommerziellen High-End-Oszilloskopen konkurrieren kann, die erforderlichen Mittelspannungs-Sicherheitsanforderungen garantiert und Temperaturerfassungen, Sicherheitsantriebe usw. hinzufügt, alles Funktionen, die nicht verfügbar sind auf konventionellen Oszilloskopen“
– Iosu Aizpuru, Mondragon Goi Eskola Politeknikoa
die Herausforderung
Erstellen Sie ein vielseitiges Oszilloskop, das die Sicherheits- und Isolationsanforderungen für Mittelspannung erfüllt, eine hohe Datenerfassungskapazität beibehält und Funktionen hinzufügt, die über die Reichweite herkömmlicher Oszilloskope hinausgehen.
die Lösung
Verwenden Sie LabVIEW- und PXI-Komponenten, um Mittelspannungssignale zu erfassen. Die Verwendung des NI PCI-PXI-8336-Kits mit MXI-4-Protokoll ermöglicht die Übertragung der von den PXI-5122-Digitizern erfassten Daten über Glasfaser, wodurch die erforderliche elektrische Isolierung gewährleistet wird. Die Modularität von Labview-PXI ermöglicht das Hinzufügen von Ein-/Ausgangskarten, um die Funktionen des Oszilloskops zu vervollständigen, wie z. B. Temperaturerfassung oder Aktivierung von Sicherheitselementen.
Entwicklung
Das Aufkommen der sogenannten Distributed Generation, der Aufstieg Erneuerbarer Energien sowie die Entwicklung neuer Mittelspannungshalbleiter eröffnet ein weites Feld in der Anwendung leistungselektronischer Systeme im Mittelspannungs-/Hochleistungsumfeld. Der klare Trend dieser Leistungselektroniksysteme geht dahin, ihre Leistung zu steigern, indem sie auf Spannungsniveaus im Mittelspannungsbereich arbeiten, ein Trend, der durch die Entwicklung neuer Halbleiter (IGBTs 6500 V/600 A, IGCTs 4500 V/4000 A) und daran angepasster Topologien gekennzeichnet ist Anwendung in der Mittelspannung (hauptsächlich mehrstufige Stromrichter und Reihenschaltung von Halbleitern und Stromrichtern). Mondragon Goi Eskola Politeknikoa (MGEP) verfügt über ein Mittelspannungslabor am Garaia Innovation Pole, um Tests unter Nennbedingungen an Mittelspannungsgeräten durchzuführen. Die Eigenschaften des Labors sind die folgenden:
• 2 Eingangstransformatoren: 30 kV/2 x 690 V, 50 Hz, 2 MVA
• Wechselspannungen: Von 690 VAC bis 4780 VAC (15 Stufen). 4 MVA
• Gleichspannungen: Von 931 VDC bis 6452 VDC (15 Stufen). 4 MVA
• Mittelspannungsgeräte (Induktoren, Widerstände, Messgeräte...) Mittelspannungsprüfungen müssen in einem Prüfbereich durchgeführt werden, der die elektrische Isolierung und die Sicherheit des Bedieners gewährleistet. Erfassungen bei Mittelspannungsprüfungen können von elektrischen, thermischen Messungen abweichen... und es ist auch praktisch, ein angemessenes Schutzsystem zu haben, um die Prüfung zu stoppen, wenn das System außer Kontrolle gerät, da große Energiemengen gehandhabt werden. Für die Integration von allem, was für Mittelspannungsprüfungen erforderlich ist, hat MGEP LabVIEW und seine PXI-Geräte integriert (Abbildung 1).
App-Beschreibung
Das Multifunktions-Oszilloskop zum Testen von Mittelspannungsgeräten besteht aus dem PXI-1042-Chassis mit dem PXI-PCI-8336-Controller und dem MXI-4-Glasfaser-Fernbedienungskit, vier PXI-5122-Hochgeschwindigkeitsdigitalisierern, dem PXI-6711 Hochgeschwindigkeits-Analogausgangskarte, die kostengünstige Multifunktions-I/O-Karte PXI-6221 und die Spannungs- und Temperaturmesskarte PXI-4351.
Die PXI-5122-Digitalisierer verfügen über zwei Kanäle mit simultaner Abtastung bei 100 MS/s mit 14-Bit-Auflösung. Diese Digitalisierer ermöglichen die Erfassung von Daten im kontinuierlichen Modus, wodurch Datenverluste während des Tests vermieden werden. Jeder Kanal kann unabhängig konfiguriert werden (Dämpfung, Eingangsimpedanz usw.), wodurch verschiedene Arten von Messungen von Umrichterschaltspannungen bei mehreren KHz, wie z. B. Strommessungen bei Netzfrequenz, bewältigt werden können. Die Digitalisierer wurden mit dem „NI-SCOPE“-Treiber programmiert, was eine einfache Konfiguration auf hohem Niveau ermöglicht. Die „NI-TClk“-Bibliothek ermöglicht die Synchronisation der verschiedenen Digitalisierer, um Erfassungen zum gleichen Zeitpunkt zu erreichen.
Die Masterkarte, die den Trigger synchronisiert, muss in Steckplatz Nummer 2 des PXI-1042-Chassis platziert werden. Mit dem PXI-PCI-8336-Kit können Sie den PCI-Bus des PCs mittels 4 MB/s MXI-78-Kommunikation durch Glasfaserübertragung bis zu 200 m weit erweitern. Die durch die optische Faser bereitgestellte Isolierung ermöglicht die Gewährleistung der elektrischen Isolierung und bietet Robustheit gegenüber der hohen elektromagnetischen Verschmutzung, die von Geräten der Leistungselektronik ausgestrahlt wird. Die Übertragungsgeschwindigkeit von 78 MB/s gibt uns die Möglichkeit, alle durch die Digitalisierer erfassten Daten ohne Datenverlust zu übertragen. Wenn die 8 verfügbaren Kanäle der Digitizer in kontinuierlicher Erfassung verwendet werden und Sie keine Daten aus den Erfassungen verlieren möchten, haben Sie eine maximale Abtastrate von 5 MS/s für die Digitizer. Mit der PXI-4351-Karte können Sie die Temperaturänderung von Radiatoren, Halbleitern, Lasten... während des Gerätetests analysieren. Diese Karte verfügt über den "traditionellen NI-DAQ"-Treiber, der die Kartenprogrammierung erleichtert. Die PXI-6211-Karte ermöglicht die Implementierung von Sicherheitselementen wie Aktivierung/Deaktivierung von Schaltern, Aktivierung von Alarmen usw. Verwenden des „NIDAQmx“-Treibers. Alle Karten wurden von LabVIEW aus konfiguriert, wodurch ein Frontpanel geschaffen wurde, das mit jedem Oszilloskop konkurrieren kann. (Bild 2) In diesem Frontpanel sind alle notwendigen Optionen für den Anwender angeordnet von Gerätekonfigurationen, Signalmessung, darüber hinaus erlaubt LabVIEW die Programmierung von Formeln (Leistung, Wirkungsgrad, etc.), Regelkreise, Automatisierung von Tests in einem ganz einfach durch Erweiterung der Features des Mittelspannungs-Multifunktions-Oszilloskops. Das Oszilloskop wurde während des Inbetriebnahmeprozesses des MGEP-Mittelspannungslabors getestet und verifiziert.
andere Anwendungen
Dank der Erfahrungen mit dem Multifunktions-Oszilloskop wurden im MGEP-Mittelspannungslabor mehrere Folgeanwendungen von LabVIEW verwaltet. Zwei Beispiele sind: Hochrangige Kontrollen, die Befehle an DSP-Karten sendeten, die Leistungsgeräte von 1 MVA (Abbildung 3) bis zur Überprüfung von Thyristor-Zwangsluftkühlgeräten mit 600 Ampere feuerten.
Fazit
Die Vielseitigkeit von LabVIEW und seinen PXI-Karten hat es uns ermöglicht, ein Multifunktions-Oszilloskop zu entwickeln, das mit kommerziellen High-End-Oszilloskopen konkurrieren kann, die erforderlichen Mittelspannungs-Sicherheitsanforderungen garantiert und Temperaturerfassungen, Sicherheitsaktivierungen usw. hinzufügt auf konventionellen Oszilloskopen verfügbar. Die mit der PXI-Ausrüstung durchgeführten Tests wurden mit Präzisions-Oszillationskopien verglichen und die erzielten Ergebnisse waren sehr ähnlich. Das PXI hat ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis als High-End-Oszilloskope und liefert ein saubereres Signal. Das Übertragungssystem MXI-4 ermöglicht eine Datenübertragung von 78 MB/s. Diese Datenübertragung könnte beispielsweise nicht erreicht werden, wenn ein Ethernet-Glasfasersender mit einem Oszilloskop verbunden ist, da dies uns auf 10 MB/s begrenzen würde. Die Auffrischungszeit in der Testkontrollzone wurde verbessert Das Präzisionsoszilloskop verfügt nicht über die Option der kontinuierlichen Erfassung, was den PXI-5122-Digitizern einen Mehrwert verleiht, da es möglich ist, keine Probe des Tests zu verlieren Ein ungünstiger Punkt in Bezug auf die Präzisions-Oszilloskop ist, dass das PXI-5122 die Möglichkeit bietet, mit einer maximalen Abtastrate von 2 GS/s im RIS-Modus (Random Interleaved Sampling) und 100 KS/s in Echtzeit zu digitalisieren, was vom Präzisions-Oszilloskop weit übertroffen wird, wie z es ermöglicht die Digitalisierung mit einer Abtastrate von 5 GS/s. Diese Funktion kann durch die Verwendung von Digitizern mit höherer Abtastrate verbessert werden.
zukünftige Linien
Der Einsatz von LabVIEW- und PXI-Geräten in der Mittelspannung hat eine weite Welt in der Mittelspannung eröffnet. Angefangen bei der Datenerfassung zur Analyse von Netzlücken, Stromkanten etc. Endlich weiterhin komplexe Regelstrategien in Echtzeit-Equipment auf Basis von PXI-RT und CompactRIO für die Steuerung von Power-Equipment implementieren.
