QuantumX 및 catman 을 사용한 전력 계산

전기적 신호를 수집하여 전력을 계산하고 신호를 분석하는 작업은 많은 분야에서 그 중요성이 점점 증가하고 있습니다. 이 기사는 QuantumX 및 catman 소프트웨어를 사용하여 이러한 작업을 완료하는 데 필요한 방법에 대한 실용적인 팁을 제공합니다.

전기식 엑추에이터(Electrical actuators) 를 사용하는 분야가 점점 늘어나고 있습니다. (예: 엘리베이터, 에스컬레이터 또는 자동차 부품). 그러는 사이 전기식 엑추에이터(electrical actuators)가 지금까지 이 목적을 위해 사용되었던 유압식 시스템을 빠르게 대체하고 있습니다. 이에 따라 전압과 전류와 같은 '전력량'을 수집하는 일이 더욱 중요해지고 있습니다.

The QuantumX 데이터 수집 시스템 을 사용하면 전압과 전류 및 일반적인 물리량과 같은 전력량을 모두 수집할 수 있습니다. QuantumX MX403B 4채널 측정 모듈 은 최대 1,000v의 전압까지 정확하게 측정하도록 제작 되었습니다. MX403B는 높은 전위에서도 작은 차등 전압을 측정할 수 있습니다.

참고: 위험한 전압 측정은 숙련된 인력만 수행할 수 있습니다. IEC 61010에 정의된 측정 카테고리는 올바른 측정 장비를 선택할 때 중요한 역할을 합니다. MX403B 작동 설명서의 안전 지침도 참고하십시오.측정 데이터의 수집, 시각화 및 분석 지원

 

 

QuantumX MX403B

QuantumX MX403B 는 전기 신호를 측정 합니다.

MX403B에는 4개의 격리 차동 측정 채널(four isolated differential measurement channels)이 있어 최대 1,000V DC 또는 1000rms AC의 전압을 바로 측정할 수 있습니다. 10, 100 및 1,000V의 측정 범위를 자유롭게 매개변수화할 수 있고 기준 접지 대비 고전압 측정과 기준 접지 대비 높은 전위에서 작은 차동 전압 측정이 모두 가능합니다. 모든 채널은 아날로그 주파수 중복방지 필터, 24비트 AD 변환기 및 디지털 필터가 장착되어 있기 때문에 개별적으로 매개변수화할 수 있습니다.

모듈은 채널당 최대 100kS/s의 샘플링 속도 최대 40kHz의 대역폭을 허용하며 기존 QuantumX 데이터 수집 시스템과 완벽하게 통합할 수 있습니다.
따라서 QuantumX는 모든 기계적, 전기적 및 열의 물리량을 모두 측정할 수 있고 신호를 완벽하게 동기화하여 계산함으로써 모듈 자체가 종합적이고 완벽한 솔루션이 되며 연구 및 개발 분야에서 유용한 도구가 될 수 있습니다.

QuantumX 모듈을 물리적으로 분배하고 측정 지점(광학 이더넷 또는 광학 FireWire)에 가까운 광학 범위 내에서 연결하여 측정 지점과 PC 간의 안정성을 최대화 할 수 있습니다.

전류 수집 (Acquiring current)

기존의 전류 측정 방법은 션트 저항값(shunt resistance)과 전류계(current probe)의 원리를 기반으로 합니다. 

션트가 작은 전류를 정밀하게 측정할 수 있는 반면, 전류계는 빠르게 전류를 측정할 때 특히 유용합니다. 

다양한 모양의 전류계를 다양한 분야에 사용할 수 있습니다. 유도 측정(inductive measurement) 원리에 의해 전류와 전류계로 측정한 신호 전압 사이에 위상 변이(phase shift)가 발생합니다. 이 위상 변이(phase shift)는 전력을 결정하기 위해 보상되어야 합니다. 이렇게 하는 가장 쉬운 방법은 그에 맞게 측정한 전압을 지연시키는 것입니다. 이에 관련된 프로세스는 아래의 소프트웨어 관련 기사에서 설명합니다.

catman 소프트웨어

HBM의 catman 소프트웨어 (catman Easy 및 catman AP버전 사용 가능)는 다음과 같은 단계에 매우 적합합니다. 

  • 채널의 매개변수화 (전류계와 함께 사용된 센서의 채널 설정 저장)
  • 옵셔널 위상 보상(phase compensation)
  • 효율적이고 확실한 신호 계산 
  • 미가공 값과 계산된 값을 개별 디스플레이에 시각화
  • 원하는 데이터 형식으로 데이터 저장
  • 측정을 진행하면서 동시에 분석 가능
  • 후처리 분석 및 보고

catman 소프트웨어는 측정 수집뿐만 아니라 통합 수학 라이브러리도 제공합니다. 수학 함수는 간단한 대수 계산에서 통계 및 스펙트럼 분석까지 가능하며 전기력과 효율성 계산까지 가능합니다.

소프트웨어에서 입력 수량의 RMS 값도 계산할 수 있습니다.

catman 을 이용한 단계별 측정, 온라인 계산 및 분석

센서 데이터베이스 를 사용하여 측정 채널을 매개변수화 할 수 있습니다. 센서 데이터베이스에서 올바른 신호 설명을 찾을 수 없을 경우 관련 데이터 시트를 만들 수 있습니다. 센서 데이터시트 를 사용하면 나중에 개별 채널의 매개 변수를 더 쉽게 설정하고 언제든지 재현할 수 있습니다.

catman 을 사용한 신호의 위상 동기 분석 (Phase-synchronous analysis)

QuantumX system의 모든 채널에서 데이터 수집은 동시에 진행 됩니다.  QuantumX 는 유용한 센서 기술을 다양하게 제공하여 전압, 전류, 토크, 회전속도, 온도, 가속력 등의 물리량을 디지털 신호로 변환합니다.

전류와 전압 사이에 위상 지연 (phase delay)이 있습니까 ?

Picture: Banana-to-BNC adapter

션트(Shunts) 는 교류와 직류를 측정 하는 데 사용되기도 합니다. 션트의 구조는 순수하게 저항성이기 때문에 위상 지연(phase delay) 이 없습니다. 이는 변환기 출력 신호의 위상(phase)이 전류 위상에 비례하여 지연된다는 뜻입니다. 변환기의 위상 지연을 모르는 경우 저항성 소비재(예: 필라멘트 전구)의 전류와 전압을 측정하면 쉽게 알아낼 수 있고 catman EASY 소프트웨어를 사용하여 수정하면 됩니다. 측정한 전압은 그에 맞게 지연시킬 수 있습니다. 

예를 들어, 바나나-BNC 어댑터(banana-to-BNC adapter)를 사용하여 전류 탐침기를 MX403B에 연결할 수 있습니다.
물론 그룹에 있는 다른 측정 앰프를 통해 전류 탐침기를 연결할 수도 있습니다. 예를 들어, MX840A 범용 앰프의 BNC-SubHD 어댑터를 사용하면 됩니다. 이 앰프는 토크, 회전 속도, 온도, 가속력, 진동 및 CAN 버스 신호와 같은 변수도 기록할 수 있습니다.

위상 수정의 예 - 계산 채널 -> 필터 -> 위상 수정 기능:

당사의 예에서 전류는 션트(shunt)로 측정하였습니다.

온라인 전력 계산

전력 계산저주파 조화 신호(low-frequency harmonic signals) (< 100 Hz)만 고려합니다. 프로세스는 복잡한 적분 알고리즘을 수반하지 않습니다. 일반적인 표준 공식이 사용됩니다.
catman Easy의 전력 계산은 창 기반 프로세스를 포함합니다. 따라서 전력 계산의 정확성은 신호의 기본 빈도와 선택한 창 너비에 달려 있습니다.

Example: 50 Hz 기본 진동 -> 주기당 20 ms -> 100 ms 창 -> 평균 5 주기

계산된 전력은 고정 시스템에서도 약간의 잔류 리플을 나타냅니다.
catman EASY에서 모든 수량의 계산을 완료하면 시간 창을 통해 실효값(RMS)뿐만 아니라 평균값(MEAN)도 표시합니다. 예를 들어, MX403B에서 두 값 모두 n 값이 포함된 직송 평균 프로세스 형태가 아닙니다. (이 과정은 n 값에 대한 버퍼가 필요하기 때문에 최대 시간 창이 제한됨!) 대신에 프로세스는 버퍼 없이 진행되는 1단계 반복입니다.

공식은 다음과 같습니다.

RMS (n) = sqrt((1-a)*측정한 값(n)*측정한 값(n) + a * RMS(n-1))
여기서 a = exp(-1/(샘플링 속도 * 시간 창)). MEAN은 다음과 비슷한 방식으로 구성됩니다.
MEAN (n) = (1-a)*측정한 값(n) + a * MEAN(n-1))

이 프로세스는 빠르고 버퍼가 거의 필요 없으며 따라서 어떤 크기로도 시간 창을 구현할 수 있습니다. 결과는 MX410B 또는 MX403B 내에서 계산한 값과 거의 일치합니다. RMS와 MEAN은 평활화를 위해 필터링할 수도 있습니다. 기타 계산 채널은 다음과 같이 계산됩니다.

REALPOWER = MEAN(U * I)
APPARENTPOWER = RMS(U) * RMS(I)
REACTIVEPOWER = sqrt(APPARENTPOWER*APPARENTPOWER – REALPOWER*REALPOWER)
POWERFACTOR = REALPOWER/APPARENTPOWER
PHI = acos(POWERFACTOR) * 라드에서 이동하기 위해 57.29 °

전력 계산의 매개변수화 과정은 다음과 같습니다.

이 작업은 방금 얻은 수량으로 측정을 수행하기 위한 것입니다. 예에서 측정 물체는 60와트 필라멘트 전구입니다. 그래프는 텍스트 표시자(Office 탭)가 있는 Microsoft Word 형태의 측정 보고서로 간단히 내보낼 수 있습니다.

 

 

다른 그래프와 비교하여 유도 부하 측정 을 표시합니다. 이 예에서 측정 물체는 50와트 납땜용 인두 입니다.

이어서, 빈도 범위에서 신호 분석이 진행됩니다. 이 유형의 신호 분석은 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform) - (FFT)을 기반으로 합니다. 시간 신호에서 빈도 범위로 쉽게 전환할 수 있습니다.

 

 

기록된 측정 데이터 분석

데이터 분석모드(후처리)를 자세히 살펴보도록 하겠습니다. catmanEasy 측정 소프트웨어를 사용하면 단일 또는 복수 신호의 도수 분포를 시각화 및 분석 할 수 있습니다. 여기에서 진폭 스펙트럼 계산에 사용된 측정값의 수는 필수 매개 변수 입니다.

후처리 모드에서 빈도 분석 은 FFT를 사용하여 스펙트럼(진폭, 위상이나 전력 스펙트럼)을 계산합니다.

동적 작업에서는 시간에 따른 여러 스펙트럼을 표시하는 것이 특히 중요합니다. 3차원으로 배열된 진폭 스펙트럼을 연속적으로 표시하여 이 목적에 "폭포수 도표"를 사용 할 수 있습니다. 화면은 모든 방향으로 자유롭게 회전할 수 있습니다.

 

'빈도 데이터 설정 생성' 을 활성화하여 빈도 채널을 내보낼 수 있습니다.

1:1 문의 이곳을 클릭하셔서 요청사항을 작성해 주세요