ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΤΟ True-RMS ΣΤΑ ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ

Το ακρωνύμιο RMS σημαίνει Root Means Square (τετραγωνική ρίζα του μέσου όρου τετραγώνων) και όταν μιλάμε για εναλλασσόμενη τάση είναι η ισοδύναμη συνεχής τάση που δίνει τα ίδια θερμικά αποτελέσματα. Δηλαδή αν σε μια αντίσταση εφαρμόσουμε τάση 230VAC RMS θα τη ζεστάνει το ίδιο με μιά συνεχή τάση 230VDC.

Η εύρεση βλάβης στα κυκλώματα μη γραμμικών φορτίων που περιλαμβάνουν κυκλώματα ελέγχου ταχύτητος κινητήρων εναλλασσομένου ρεύματος, AC Drives, συστήματα τροφοδοσίας, π.χ. τροφοδοτικά ΑC/DC, αλλά και θερμοστατικά ελεγχόμενα φορτία είναι δύσκολη όταν δεν μετράμε με τα σωστά όργανα / εργαλεία.

Σήμερα το μεγαλύτερο μέρος των ρευμάτων που καταναλώνονται είναι μη-ημιτονοειδή (παραμορφωμένα). Με άλλα λόγια, το ρεύμα καταναλώνεται από τα φορτία αυτά σε μικρούς παλμούς, συνήθως υψηλής κορυφής, αντί της ομαλής ροής ενός κύματος ημιτόνου. Τα ρεύματα αυτά ανάλογα με τις πηγές που τα παράγουν, δημιουργούν αντίστοιχη παραμόρφωση στην τάση, των πηγών αυτών με αποτέλεσμα και αντίστοιχη λανθασμένη μέτρηση και της πραγματικής τιμής της τάσης της πηγής τροφοδοσίας.

Τα τελευταία χρόνια τα εργαλεία μέτρησης π.χ. του ρεύματος, οι γνωστές "αμπεροτσιμπίδες", κατατάσσονται σε 2 κατηγορίες. Τα όργανα μέσης τιμής μέτρησης (Average Responding), και τα πραγματικής τιμής (True-RMS).

Τα πρώτα μετρούν την τάση Vp ή ένα φιλτραρισμένο μέσο όρο και μετά υπολογίζουν την τιμή με μαθηματικό τύπο. Μετρούν την μέση τιμή αφού ανορθώσουν την εναλλασόμενη κυματομορφή και πολλαπλασιάζουν το αποτέλεσμα συνήθως με τον συντελεστή 1,1 ώστε να δώσουν την rms τιμή. Με άλλα λόγια, η τιμή που μετράει δεν είναι η πραγματική τιμή, αλλά αντιθέτως είναι μια τιμή υπολογίσμενη με βάση κάποια προυπόθεση της μορφής του υπό μέτρηση σήματος.

Στην περίπτωση μέτρησης "καθαρού συμμετρικού ημιτόνου" το σφάλμα είναι μικρό. Αν όμως υπάρχει παραμόρφωση, μετατόπιση (συνεχής συνιστώσα) ή άλλη μορφή κυματομορφής χρειάζεται μέτρηση μέσω μετατροπέα πραγματικού RMS (true RMS converter) που χρησιμοποιούν τα πολύμετρα τιμής (True-RMS).

Στις παρακάτω φωτογραφίες μετράμε την τάση διαφόρων κυματομορφών. Τα δύο αριστερά πολύμετρα μετράνε τάση Average και τα δύο δεξιά μετράνε τάση True rms. Παρατηρείστε ότι όσο η κυματομορφή παρεκλίνει από καθαρά ημιτονοειδής τόσο οι διαφορά στην μέτρηση με τα δύο είδη οργάνων είναι μεγαλύτερη.

Καθαρά Ημιτονοειδής κυματομορφή

Τριγωνική κυματομορφή

 κυματομορφή που προέρχεται από ντιμαριζόμενη λάμπα

 κυματομορφή που προέρχεται από καταναλώσεις με ηλεκτρονικά στοιχεία

Θεωρητικά η Πραγματική τιμή, "True-RMS" είναι η τετραγωνική ρίζα του αθροίσματος των τετραγώνων των διαφορών πραγματικών τιμών των αρμονικών συνιστωσών που συνθέτουν το μετρούμενο μέγεθος. Αυτό φυσικά παράγεται από μαθηματικό τύπο που υπολογίζει την "Ενεργή" τιμή (ή τιμή Θερμικού ορίου) οποιασδήποτε κυματομορφής εναλλασσόμενου σήματος.

Όταν τα φορτία είναι μη-γραμμικά, περιέχοντας π.χ. ημιαγωγούς σε ελεγχόμενες ανορθώσεις εναλλασσόμενης σε συνεχή τάση, τα όργανα μέσης τιμής μέτρησης τυπικά μετρούν χαμηλότερες τιμές.

Μονάδες ελέγχου ηλεκτρικών αντιστάσεων, π.χ. θερμοστάτες, συνδεδεμένοι μονοφασικά στα 230Vac, ή ακόμη και ηλεκτρονικοί υπολογιστές συνδεδεμένοι στα 230Vac είναι κάποια φορτία όπου το ρεύμα που ζητούν είναι έντονα μη γραμμικό.

Μία συνήθης βλάβη που εντοπίζουμε σε ένα κύκλωμα που τροφοδοτεί τέτοιου είδους φορτία είναι ενεργοποίηση του αυτόματου ασφαλειοδιακόπτη προστασίας ή και καμένη ασφάλεια. Η αιτία της βλάβης μπορεί να ξεχωριστεί σε μία από τις τρεις κατηγορίες:

1. Υπερβολικό ρεύμα.

2. Υπερβολική θερμόκρασία στον ηλεκτρικό πίνακα. και τέλος

3. Χαλασμένος ασφαλειοδιακόπτης (ή αυτόματη ασφάλεια).

Σίγουρα η πρώτη κίνηση είναι να μετρήσουμε το ρεύμα ενώ το φορτίο λειτουργεί. Εάν βρεθεί ρεύμα εντός των ονομαστικών ορίων του κυκλώματος πρέπει να αντικατασταθεί ο ασφαλειοδιακόπτης / ασφάλεια. Πριν την αντικατάσταση καλό είναι να αναλυθεί το φορτίο. Εάν αυτό περιλαμβάνει τροφοδοτικά ή ανορθωτικές διατάξεις με θυρίστορς καλό θα είναι το όργανο που μέτρησε το εν λειτουργία ρεύμα να είναι πραγματικής τιμής μέτρησης, "True-RMS" αλλιώς η αντικατάσταση του διακόπτη δεν θα λύσει το πρόβλημα.

Εδώ πρέπει να σημειωθεί ότι σε οποιαδήποτε μορφής φορτία γραμμικά ή όχι ένα όργανο με ένδειξη "True-RMS" δίνει πάντα σωστή μέτρηση. Εάν το φορτίο είναι γραμμικό, μη παραμορφωμένη η κυματομορφή του, οι δύο κατηγορίες οργάνων θα πρέπει να έχουν ελάχιστη απόκλιση και θεωρητικά να δίνουν την ίδια τιμή.

Εδώ πρέπει να αναφερθεί ότι το ίδιο ισχύει και με τα πολύμετρα στις μετρήσεις τάσης. Πολλές φορές η πηγή τάσης π.χ. η έξοδος ενός συστήματος αδιάλειπτης ενέργειας UPS, δεν παράγει ημιτονοειδή κυματομορφή εξόδου ή η κυματομορφή είναι πολύ παραμορφωμένη. Μέτρηση της τάσης αυτής θα δώσει λάθος μέγεθος με διαφορετικά από "True-RMS" όργανα.

Ο πίνακας παρακάτω δίνει μερικά παραδείγματα του τρόπου που οι δυο διαφορετικοί τύποι πολυμέτρων ανταποκρίνονται σε διαφορετικές κυματομορφές.

Τύπος Οργάνου Σύμφωνα με τον τρόπο μέρτησης	Μέτρηση ημιτονοειδούς παλμού (sine wave)	Μέτρηση Τετραγωνικού παλμού (square wave)	Μέτρηση 1φασικής Ανόρθωσης	Μέτρηση 3φασικής Ανόρθωσης
Average Responding	Σωστή	10% Υψηλότερη	40% Χαμηλότερη	5-30% Χαμηλότερη
True-RMS	Σωστή	Σωστή	Σωστή	Σωστή

Στο επόμενο video μπορούμε να δούμε τη μέτρηση τάσης ημιτονοειδούς και παραμορφωμένης μορφής με τα δύο είδη οργάνων. Θα δείτε αυτό που λέγαμε, δηλαδή ότι η μέτρηση σε ημιτονοειδή μορφή είναι περίπου η ίδια ενώ διαφέρει σημαντικά σε μη ημιτονοειδή μορφή.

Και στο επόμενο video μπορούμε να δούμε συνοπτικά τα όσα αναφέραμε

Στο παρακάτω παράδειγμα κάνουμε ένα πείραμα. Έχουμε ένα ανεμιστήρα 230V του οποίου ρυθμίζουμε την ταχύτητά του με ένα  Phase cutting Speed Controller δίνοντάς του τάση  από 35 Vrms μέχρι 230 Vrms και μετρώντας τη τάση ταυτόχρονα με δύο όργανα. Ένα  Fluke 73III AC average rectified digital multimeter και ένα Fluke 179 True RMS digital multimeter

Σχηματίζουμε τον παρακάτω πίνακα

Από τα αποτελέσματα του πίνακα βλέπουμε πως στις χαμηλές ταχύτητες που η τάση που φτάνει στον ανεμιστήρα δεν είναι ημιτονοειδής (και όσο μικρότερη η τάση τόσο περισσότερο παραμορφωμένη η μορφή της) οι ενδείξεις των οργάνων είναι τελείως διαφορετικές. Μόνο στην πλήρη τάση των 230V που η μορφή της είναι καθαρά ημιτονοειδής έχουμε περίπου την ίδια ένδειξη

Πρέπει να επαναληφθεί ότι όλα τα True-RMS όργανα αναφέρουν ευκρινώς την ένδειξη "Τrue-RMS" επάνω τους αυτό είτε πρόκειται για Πολύμετρα είτε για Αμπεροτσιμπίδες ρεύματος!. Χρησιμοποιώντας τέτοιου είδους όργανα έχουμε σωστές μετρήσεις ακόμη και αν δεν γνωρίζουμε την μορφή των υπό μέτρηση κυματομορφών.