Rechthoekimpulstest: zo zie je wat een omvormer met je wikkeling doet

Steeds meer elektromotoren draaien op een frequentieregelaar. Dat is goed voor het energieverbruik en de regelbaarheid, maar de wikkeling krijgt het zwaarder te verduren. Een omvormer schakelt de spanning niet sinusvormig, maar in snelle pulsen met flanken van tientallen nanoseconden. Hoe goed je isolatie daartegen bestand is, zie je niet met een gewone AC-test. Met een rechthoekimpulstest zie je het wel.

Wat er gebeurt bij een steile puls

Bij een sinusvormige spanning verdeelt de spanning zich netjes over de hele wikkeling. Bij een puls met een steile flank gaat dat anders. De spanning heeft even tijd nodig om door de wikkeling te lopen. Op het moment van de flank staat de spanning dus vooral over de eerste windingen bij het aansluitpunt.

Het gevolg: tussen die eerste windingen ontstaat een veel groter spanningsverschil dan je op basis van de nominale spanning zou verwachten. Als de isolatie daar niet sterk genoeg is, ontstaat partiële ontlading (PD). Eén keer is dat geen ramp. Maar een omvormer doet dit duizenden keren per seconde, jaar in jaar uit. PD tast de isolatie langzaam aan, en dat eindigt vroeg of laat in een windingssluiting.

Waarom een klassieke test dat niet laat zien

De bekende wikkeltests blijven nodig, maar ze kijken naar iets anders:

• AC-hoogspanningstest: controleert de isolatie naar aarde bij een sinusvormige spanning. Er is geen steile flank, dus de belasting tussen de windingen blijft laag.
• Stootspanningstest (surge): zet een stoot op de wikkeling en vergelijkt de uitslingering met een referentie. Daarmee vind je windingssluitingen die er al zijn. Je ziet niet of er bij elke puls PD optreedt.
• PD-meting bij AC: meet partiële ontlading, maar bij een spanningsvorm die niets weg heeft van wat een omvormer levert.

De rechthoekimpulstest vult dat gat. Je belast de wikkeling op dezelfde manier als de omvormer dat doet, en meet tegelijk of er PD ontstaat.

Hoe de rechthoekimpulstest werkt

De tester zet rechthoekige spanningspulsen op de wikkeling, met stijg- en daaltijden van 40 tot 70 nanoseconden. Tegelijk vangt een antenne de elektromagnetische golven op die bij een partiële ontlading vrijkomen. De software legt het spanningsverloop en het PD-signaal in de tijd naast elkaar. Daardoor zie je precies bij welke puls, en op welk moment in die puls, de ontlading optreedt.

In de praktijk voer je de spanning stap voor stap op. In het voorbeeld van SCHLEICH blijft het eerst rustig. Rond 2,2 kV begint de ontlading en bij 2,6 kV is die duidelijk zichtbaar op beide flanken. Bouw je de spanning weer af, dan verdwijnt de PD rond 1,4 kV. Zo bepaal je de inceptiespanning, waarbij de ontlading begint, en de extinctiespanning, waarbij die weer uitdooft.

Je kunt drie isolatiepaden testen:

• winding tegen winding
• fase tegen fase
• fase tegen aarde

Pulsvormen en spanningen

Je stelt de pulsbreedte zelf in. In de software zie je eerst een overzicht van de hele pulsreeks. Met één klik open je een afzonderlijke puls om het spanningsverloop en het PD-signaal in detail te bekijken.

Automatisch goed of fout

Voor de productie wil je geen grafieken interpreteren, maar een helder oordeel. Daarom stel je twee dingen in:

1. het aantal pulsen per test, bijvoorbeeld 100
2. het percentage pulsen dat PD mag vertonen, bijvoorbeeld 10%

De tester beoordeelt daarna zelf of de wikkeling goed of fout is en laat dat in groen of rood zien. In het voorbeeld van SCHLEICH krijgt een wikkeling met 0% PD een goed-oordeel. Een wikkeling waarbij 74% van de pulsen PD vertoont, wordt afgekeurd.

Toepassingen

• Ontwikkeling: isolatiesystemen ontwerpen en valideren voor motoren die op een omvormer gaan draaien.
• Testlab: isolatiematerialen en wikkelingen vergelijken onder realistische pulsbelasting.
• Productie: elke stator of wikkeling testen met een automatisch goed/fout-oordeel.
• Lakdraad: twisted-pair-proeven, waarbij je twee getwiste draden belast om de lakisolatie zelf te beoordelen.

Voor PD-metingen aan elektrische machines verwijst SCHLEICH naar de normenreeks DIN EN 60034-18.

Op de SCHLEICH MTC2 R7

De rechthoekimpulstest draait op de MTC2 R7, de universele wikkeltester van SCHLEICH. Daarmee doe je de stootspanningstest, de AC-hoogspanningstest, PD-metingen en de rechthoekimpulstest met één apparaat en één testplan.

• Spanningsklassen 6, 12, 15, 30, 40 en 50 kV
• Stootspanningstest met tot 50 metingen per seconde
• Optioneel AC-hoogspanning
• Standaard 4 testaansluitingen, optioneel 7 of meer
• Volledig automatische testafloop

Benieuwd wat de rechthoekimpulstest voor jouw wikkelingen of statoren betekent? Laat het ons weten.

Beelden: SCHLEICH GmbH