Đo điện áp trong các mạch điều khiển công nghiệp

Số đo điện áp chỉ hữu ích khi kỹ sư biết hai điểm đang được so sánh, trạng thái dự kiến của mạch và giới hạn của thiết bị đo. Đồng hồ vạn năng kỹ thuật số có thể hiển thị một con số có vẻ hợp lý trong khi mạch vẫn có dây dẫn bị hở, mối nối yếu, điện áp cảm ứng hoặc năng lượng tích trữ nguy hiểm.

Phương pháp thực địa này xem việc kiểm tra điện áp là một quy trình chẩn đoán có kiểm soát. Phương pháp áp dụng cho tủ điều khiển công nghiệp, I/O 24 VDC, mạch công tắc tơ, bộ nguồn và mạch phụ của bộ truyền động động cơ. Công việc phải tuân thủ chương trình an toàn điện của cơ sở và hướng dẫn thiết bị.

Bắt đầu với trạng thái mạch

Trước khi chạm vào que đo, hãy xác định mạch có cần được cấp điện hay không. Xác định nguồn, điện áp danh định, cách bố trí nối đất, thiết bị bảo vệ, tải và đường đi dòng điện dự kiến. Sơ đồ sẽ hữu ích, nhưng cũng phải kiểm tra hệ thống dây điện thực tế và các thay đổi gần đây.

Điện áp là sự chênh lệch điện thế giữa hai điểm. Câu nói như “đầu cực này có 24 volt” là chưa đầy đủ nếu chưa biết điểm tham chiếu. Cùng một đầu cực có thể cho các số đo khác nhau khi đo với điểm chung DC, đất bảo vệ hoặc một dây dẫn khác.

Hãy sử dụng bộ sưu tập Nguồn & Linh kiện điện để xem các bộ nguồn, cầu dao, rơ-le và phần cứng tủ điện liên quan. Thông tin sản phẩm không thay thế cho sơ đồ máy hoặc hướng dẫn của thiết bị được chọn.

Chọn đồng hồ phù hợp với hệ thống

Hãy xác nhận đồng hồ, dây đo, que đo và phụ kiện được định mức phù hợp với mạch và môi trường. Kiểm tra lớp cách điện, phần kim loại lộ ra, độ chắc của đầu nối, tình trạng cầu chì và pin. Dây đo bị hỏng có thể làm mất an toàn cho một thiết bị vốn phù hợp.

Hãy chọn AC hoặc DC một cách có chủ đích. Chức năng tự động chọn thang đo hỗ trợ việc chọn thang, nhưng không thể xác định kỹ sư đang chờ một bus DC ổn định, nguồn hình sin, dạng sóng điều chế độ rộng xung hay quá độ. Một số dạng sóng cần thiết bị đo true-RMS hoặc máy hiện sóng có cách ly và que đo phù hợp.

Không sử dụng chế độ đo điện trở, thông mạch hoặc dòng điện trên nguồn điện áp đang được cấp điện. Chế độ đo dòng điện tạo một đường dẫn trở kháng thấp qua đồng hồ. Sai sót này có thể làm đứt cầu chì, làm hỏng thiết bị hoặc tạo hồ quang.

Kiểm tra thiết bị đo trước và sau khi đo

Kiểm tra đồng hồ trên một nguồn điện đang hoạt động đã biết trước khi đo. Kiểm tra mạch mục tiêu, sau đó kiểm tra lại đồng hồ. Trình tự có điện–mất điện–có điện này giúp phát hiện dây đo hỏng, sai chức năng, pin hết hoặc lỗi thiết bị.

Bản thân số đo bằng không không chứng minh mạch đã mất điện. Que đo có thể được đặt sai điểm, điểm tham chiếu có thể bị treo hoặc dây dẫn có thể bị ngắt ở phía thượng nguồn. Việc xác minh không có điện phải do người có đủ năng lực thực hiện theo quy trình và sử dụng thiết bị bảo hộ bắt buộc.

Đo qua đường đi dòng điện dự kiến

Đối với tải 24 VDC, trước tiên hãy đo trực tiếp nguồn từ cực dương đến điểm chung. Sau đó đo qua tải khi tải được ra lệnh bật. Cuối cùng, kiểm tra từng phía của tải với cùng một điểm tham chiếu. Các số đo này giúp phân biệt mất nguồn, tổn hao qua phần đóng cắt, dây dẫn bị hở và sự cố tải.

Một tiếp điểm đóng tốt phải có điện áp rất nhỏ giữa hai đầu khi có tải. Độ sụt áp lớn trên tiếp điểm đóng cho thấy điện trở tại tiếp điểm, đầu cực, đế cầu chì hoặc dây dẫn. Một tiếp điểm mở có thể hiển thị gần như toàn bộ điện áp nguồn giữa hai đầu.

Kiểm tra sụt áp cho nhiều thông tin nhất khi có dòng điện chạy qua. Mạch không tải có thể vẫn hiển thị điện áp danh định qua chỗ ăn mòn hoặc mối nối có điện trở cao. Điện áp chỉ sụp xuống khi tải yêu cầu dòng điện.

Nhận biết điện áp ảo và điện áp ghép

Đồng hồ trở kháng cao tiêu thụ rất ít dòng điện. Điều này hữu ích đối với hầu hết mạch điện tử, nhưng có thể khiến đồng hồ hiển thị điện áp ghép điện dung trên một dây dẫn đã ngắt kết nối. Các cáp chạy song song dài, dây đầu ra của biến tần và dây dẫn AC ở gần nhau làm tăng hiệu ứng này.

Chức năng đo trở kháng thấp có thể giúp phân biệt điện áp ghép với nguồn có khả năng cung cấp dòng điện, khi thiết bị và quy trình cho phép. Không bao giờ tự ý lắp tải thử. Mạch có thể thực sự đang được cấp điện, và một tải không phù hợp có thể gây nguy hiểm.

Hãy so sánh số đo với cấu trúc đi dây. Điện áp ổn định biến mất khi kiểm tra bằng phương pháp trở kháng thấp được phê duyệt cho thấy khả năng ghép điện. Điện áp vẫn tồn tại và có thể cung cấp dòng điện cần được điều tra như một nguồn thực hoặc dòng cấp ngược.

Tính đến ảnh hưởng tải của đồng hồ

Vôn kế không hoàn toàn vô hình về mặt điện. Trở kháng đầu vào của đồng hồ tạo thành một đường dẫn song song với mạch. Trong các mạch nguồn và điều khiển có điện trở thấp, ảnh hưởng thường nhỏ. Trong các mạng cảm biến có điện trở cao, mạch phát hiện rò điện và đầu vào điện tử, đồng hồ có thể làm thay đổi điện áp được đo.

Hãy ghi lại trở kháng đầu vào của đồng hồ khi chẩn đoán các nút nhạy cảm. So sánh các phép đo với thông số thiết bị và cân nhắc sử dụng máy hiện sóng hoặc điện kế phù hợp cho những mạch vượt ngoài phạm vi của đồng hồ vạn năng thông dụng.

Năng lượng tích trữ cần được kiểm tra riêng

Tụ điện trong bộ truyền động, bộ nguồn và bộ lọc có thể vẫn còn tích điện sau khi ngắt nguồn cấp vào. Hãy tuân thủ thời gian xả và các điểm xác minh của nhà sản xuất. Không được cho rằng màn hình tắt đồng nghĩa với việc bus DC đã an toàn.

Đo tại các đầu cực được chỉ định bằng thiết bị đo được định mức cho mức điện áp có thể xuất hiện. Chờ hết thời gian xả quy định rồi kiểm tra lại. Không bao giờ dùng dụng cụ để làm ngắn mạch tụ điện hoặc tự lắp điện trở qua một nguồn năng lượng tích trữ chưa xác định.

Có thể xem phần cứng truyền động liên quan trong bộ sưu tập Truyền động & Điều khiển chuyển động. Hướng dẫn hiện hành của bộ truyền động vẫn là tài liệu có thẩm quyền về việc xả điện, điểm kiểm tra và các hạn chế khi bảo dưỡng.

Xây dựng trình tự chẩn đoán có thể lặp lại

Bắt đầu từ một nguồn đã biết rồi tiến dần về phía tải. Khi thực tế cho phép, hãy duy trì một điểm tham chiếu duy nhất. Ghi lại trạng thái máy, trạng thái lệnh, giá trị đo, thang đo và các điểm kiểm tra. Thay đổi điểm tham chiếu mà không ghi chép sẽ tạo ra những so sánh sai lệch.

Đối với sự cố không liên tục, hãy đo trong khi sự cố xảy ra. Chỉ theo dõi giá trị analog của PLC sau khi xác nhận tín hiệu hiện trường và kênh đầu vào phản ánh cùng một điều kiện. Đồng hồ cầm tay có thể bỏ lỡ một lần sụt áp ngắn vì màn hình cập nhật chậm.

Sử dụng chức năng ghi nhận giá trị nhỏ nhất/lớn nhất hoặc thiết bị ghi được cấu hình phù hợp khi thời lượng sự kiện nằm trong khả năng của thiết bị. Sử dụng máy hiện sóng cho các quá độ nhanh hơn. Chọn phương pháp đo vi sai hoặc đo cách ly khi sai số tham chiếu đất có thể gây ngắn mạch.

Diễn giải số đo, không chỉ nhìn vào con số

Chẩn đoán chính xác cần so sánh điện áp đo được với hoạt động dự kiến của mạch. Điện áp danh định tại một đầu cực không tải không chứng minh rằng nguồn có thể cấp điện hữu ích. Điện áp bằng không không chứng minh mạch an toàn. Một nửa điện áp dự kiến có thể là kết quả của mạch phân áp, dòng rò, điểm tham chiếu bị treo hoặc ảnh hưởng tải của đồng hồ.

Kết luận đáng tin cậy nhất đến từ nhiều phép đo nhất quán: điện áp nguồn, điện áp qua tải, sụt áp qua dây dẫn và tiếp điểm, cùng với hoạt động khi có tải. Sổ tay Khoa học Điện của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ cung cấp kiến thức nền về lý thuyết AC, điện cảm, động cơ và thiết bị kiểm tra.

Vì vậy, kiểm tra điện áp tốt là một quá trình suy luận. Hãy xác định điểm tham chiếu, kiểm soát trạng thái mạch, kiểm tra thiết bị đo, đo dưới tải phù hợp và liên hệ mọi số đo với một đường đi dòng điện thực tế.