BADANIE WŁAŚCIWOŚCI WYBRANEGO UKŁADU PRZECIWDESTRUKCYJNEGO

Transkrypt

1 ZAKŁAD EKSPLOATACJI SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH WYDZIAŁ ELEKTRONIKI WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA PODSTAWY EKSPLOATACJI SYSTEMÓW ĆWICZENIE LABORATORYJNE NR BADANIE WŁAŚCIWOŚCI WYBRANEGO UKŁADU PRZECIWDESTRUKCYJNEGO 1. Narzędzia wspomagające realizację ćwiczenia: - sanowisko do badania właściwości filrujących liswy zasilającej; - sanowisko do badania charakerysyk bezpieczników opikowych.. Przedmio ćwiczenia: - liswa zasilająca Lesar. 3. Cel ćwiczenia: - zapoznanie z przeciwdesrukcyjnymi funkcjami sysemu dozorująco erapeuycznego na przykładzie ochronnej liswy zasilającej Warszawa 011/01

2 SPIS TREŚCI sr. 1. CEL ĆWICZENIA 3. WIADOMOŚCI OGÓLNE 3.1. Zakłócenia w sieci przemysłowej 3.. Wskaźniki jakości przemiennego napięcia zasilającego 3 3. LISTWA ZASILAJĄCA LESTAR Budowa liswy zasilającej Działanie liswy zasilającej Działanie łumiące filra liswy zasilającej Działanie łumiące warysora liswy zasilającej Zabezpieczenie liswy zasilającej przed skukami 6 przeciążeń lub zwarć 4. OPIS STANOWISKA LABORATORYJNEGO Sanowisko do badania właściwości filrujących (łumiących) 7 liswy zasilającej Opis sanowiska Auomayczny miernik zniekszałceń nieliniowych 8 PMZ Pomiar charakerysyk liswy zasilającej 9 A. Pomiar charakerysyki ampliudowej filra liswy 9 zasilającej B. Pomiar przyrządem PMZ-11 zawarości 11 harmonicznych zakłóconego napięcia sieci przemysłowej, na wyjściu filra liswy zasilającej, w funkcji częsoliwości napięcia zakłócającego B1. Pomiar zawarości harmonicznych niezakłóconego 11 napięcia sieci przemysłowej B. Pomiar zawarości harmonicznych zakłóconego 1 napięcia sieci przemysłowej C. Oszacowanie zawarości harmonicznych za pomocą 13 oscyloskopu 4.. Sanowisko do badania charakerysyk 14 czasowo prądowych bezpieczników opikowych Opis sanowiska Przygoowanie sanowiska do pomiarów Pomiar czasu zadziałania bezpiecznika opikowego PROGRAM ĆWICZENIA Pomiar charakerysyk liswy zasilającej 17 A. Pomiar charakerysyki ampliudowej filra liswy 17 zasilającej B. Pomiar zawarości harmonicznych zakłóconego napięcia 17 sieci przemysłowej, na wyjściu filra liswy zasilającej, w funkcji częsoliwości napięcia zakłócającego 5.. Pomiar charakerysyki bezpieczników opikowych UWAGI KOŃCOWE PYTANIA KONTROLNE 18 WZÓR SPRAWOZDANIA 19

3 1. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jes zapoznanie sudenów z działaniem liswy zasilającej, jako sysemu dozorująco erapeuycznego.. WIADOMOŚCI OGÓLNE.1. Zakłócenia w sieci przemysłowej W punkach odbioru energii elekrycznej wysępują zakłócenia, kórych źródłami mogą być efeky pracy innych urządzeń lub sysemów zlokalizowanych w pobliżu i zasilanych z ej samej sieci. Do najczęściej spoykanych zakłóceń zalicza się chwilowe zmiany napięcia, kóre dodają się lub odejmują od podsawowej fali sinusoidalnej w sieci zasilania prądem przemiennym 50Hz, lub eż nominalnego napięcia zasilania prądem sałym. Typowymi źródłami ego rodzaju zakłóceń zasilania są urządzenia yrysorowe, spawarki, zgrzewarki, impulsowe źródła zasilania, przełączniki oraz wyłączniki. Powodują one chwilowe zakłócenia o czasie rwania wynoszącym do kilkuse μs. W sieciach energeycznych obserwuje się również bardzo częso przepięcia i chwilowe zaniki napięcia. Przepięcia wywołane są najczęściej włączaniem lub wyłączaniem obciążeń dużej mocy. Powodują one zmiany warości napięcia zasilania dochodzące do kilkudziesięciu procen. Typowe czasy rwania ych zakłóceń wynoszą od 1ms do 1s. Źródłem chwilowych zaników napięcia są awarie w liniach zasilania oraz operacje przełączeń w liniach energeycznych. Zjawiska e powodują uraę zasilania w czasie od 1ms do 1s. Zakłócenia zasilania sanowią czynniki inicjujące procesy uszkodzeniowe. Obecnie w kraju przyjęo dwie normy podsawowe określające wymagane poziomy wrażliwości urządzeń na chwilowe spadki napięcia, zaniki oraz wahania napięcia zasilającego. Poziomy e uzależniono od ypu środowiska, w kórym urządzenia są eksploaowane. W obowiązujących normach wprowadzono nasępujące określenia: spadek napięcia rozumiany jako nagłe zmniejszenie warości napięcia w dowolnym punkcie obwodu zasilania urządzenia elekrycznego lub elekronicznego, a nasępnie, po krókim okresie (do około 5sekund) nasępuje powró napięcia do warości znamionowej; zanik napięcia, jako chwilową przerwę w zasilaniu urządzenia, kóra najczęściej nie przekracza 1min; wahania napięcia określane jako sopniowe zmiany napięcia zasilającego do warości mniejszej lub większej w porównaniu z warością napięcia znamionowego (czas rwania zmiany może być chwilowy lub ciągły). W badaniach esujących wrażliwość urządzeń na zakłócenia w sieci zasilającej określana jes na podsawie oceny zagrożeń, jakie mogą wysąpić w rzeczywisych warunkach (normy opare na IEC )... Wskaźniki jakości przemiennego napięcia zasilającego Podsawowymi wskaźnikami jakości przemiennego napięcia zasilającego są: warość zasilającego napięcia; warość częsoliwości napięcia zasilającego; odkszałcenie od sinusoidy zawarość harmonicznych przebiegu napięcia zasilającego. Warość napięcia i częsoliwości W sieci przemysłowej warość napięcia może się wahać w granicach 30V+/-10%, a jego częsoliwość 50+/- 0,5Hz. 3

4 Zawarość harmonicznych przebiegu napięcia zasilającego Odkszałcenie od sinusoidy można określić zawarością harmonicznych przebiegu napięcia zasilającego. W przebiegach okresowych wyróżnia się podsawową (pierwszą) harmoniczną, kórej częsoliwość jes równa częsoliwości napięcia zasilającego oraz harmoniczne wyższego rzędu (,3,..n-ą), kórych częsoliwości są wielokronością częsoliwości podsawowej. Ampliuda wyższych harmonicznych zależy od kszału napięcia zasilającego. Zawarość harmonicznych w % określa poniższy wzór: h = A 1 A + A A n + A + A A n gdzie: - h zawarość harmonicznych; - A 1 A n ampliudy harmonicznych. 100% Dopuszczalna zawarość harmonicznych napięcia w sieci przemysłowej wynosi 6%. Na ogół zawarość harmonicznych napięcia w ej sieci waha się w granicach, 3,8%. Na rysunku.1 przedsawiono przebiegi napięcia o wybranych kszałach i odpowiadające im zawarości harmonicznych w %. Idealna Napięcie w sieci U Trójką Prosoką sinusoida przemysłowej h = 0% h = 11% h = 4% h = około 4% Rys..1. Przebiegi napięcia o wybranych kszałach i zawarość harmonicznych w % 3. LISTWA ZASILAJĄCA LESTAR Liswa zasilająca przeznaczona jes do ochrony odbiorników przed zakłóceniami wysępującymi w sieci zasilającej. Liswa zasilająca, jako sysem dozorująco erapeuyczny, składa się z rzech podsysemów (modułów zadaniowych): osłonowego - PO; inerwencyjnego PI; przeciwawaryjnego PPA. Spełnia ona nasępujące zadania: filr liswy skuecznie łumi zakłócenia (-30dB) w paśmie częsoliwości 100kHz 60MHz (w paśmie 100kH 6MHz najczęściej wysępują zakłócenia przemysłowe) podsysem osłonowy (PO); warysor likwiduje chwilowe impulsy o dużej warości napięcia (w ciągu 5ns prąd płynący przez warysor może osiągnąć warość 6,5kA) - podsysem inerwencyjny (PI); bezpieczniki opikowe (10A) zabezpieczają liswę przed skukami przeciążeń lub zwarć - podsysem przeciwawaryjny (PPA) Budowa liswy zasilającej Na rysunku 3.1 przedsawiono schema elekryczny liswy zasilającej. 4

5 LISTWA ZASILAJĄCA "LESTAR" F 1 L 1 L W S E F C 1 C R W C 3 G 1 G 5 L 3 Rys. 3.1 Schema elekryczny liswy zasilającej Liswa zasilająca składa się z nasępujących elemenów: W wyczka sieciowa; S wyłącznik; E dioda sygnalizująca włączenie zasilania; F 1 i F bezpieczniki opikowe 10A; L 1, L i L 3 uzwojenia dławików; C 1, C i C 3 kondensaory; R W warysor; G 1 G 5 gniazda do zasilania odbiorników. 3.. Działanie liswy zasilającej Działanie łumiące filra liswy zasilającej Filr liswy zasilającej składa się z dławika i kondensaorów. Trzy uzwojenia dławika L 1,L i L 3 nawinięe są na jednym oroidalnym ferryowym rdzeniu. Na rysunku 3. przedsawiono schema filra liswy zasilającej i uzwojeń dławika. Filr L 1 L Uzwojenia dławika L 1 L C 1 C C 3 U WE U WY L 3 Rys. 3.. Schema elekryczny filra liswy zasilającej i uzwojeń dławika Transmiancję operaorową filra przedsawia wzór: k G(s) = T n s + ζt n s + 1 przy czym: T n okres drgań własnych niełumionych; ζ współczynnik łumienia względnego (0 < ζ < 1) ; k współczynnik wzmocnienia. Filr en jes filrem dolnoprzepusowym, a jego częsoliwość graniczna f g jes równa około 10kHz. Do częsoliwości granicznej filr przenosi sygnał sinusoidalny bez isonej zmiany ampliudy i przesunięcia fazowego. Powyżej ej częsoliwości filr łumi sygnał sinusoidalny (maleje ampliuda, a sygnał wyjściowy jes przesuwany (opóźniany) w fazie w sosunku do sygnału wejściowego). Na rysunku 3.3 przedsawiono wzajemne usyuowanie sygnału wejściowego i wyjściowego filra dla dwóch częsoliwości. L 3 5

6 f f g f f g U WE U WE U WY U WY Ką przesuniecia fazowego "φ" Rys Wzajemne usyuowanie sygnału wejściowego i wyjściowego filra Aby orzymać charakerysykę ampliudową w funkcji częsoliwości, należy pomierzyć ampliudy, lub warości skueczne, napięcia wejściowego i wyjściowego, dla różnych warości częsoliwości. W przypadku filra liswy, pomiar kąa przesunięcia fazowego jes zbędny, gdyż przesunięcie fazowe nie ma znaczenia dla realizowanej przez filr funkcji. Wzmocnienie (łumienie) liswy jes o sosunek ampliudy napięcia wyjściowego do ampliudy napięcia wejściowego: k = U WY /U WE 3... Działanie łumiące warysora liswy zasilającej Warysor jes rezysorem, kórego warość rezysancji gwałownie maleje wraz ze wzrosem napięcia. Do napięcia charakerysycznego (napięcie warysora), kiedy prąd jes mniejszy od 1mA, warysor ma dużą rezysancję. Po przekroczeniu napięcia progowego warysora, przepływający prąd narasa w sposób logarymiczny, wskuek gwałownego zmniejszenia się jego rezysancji. Warysor może przejść ze sanu o dużej rezysancji do sanu o małej rezysancji w czasie krószym niż 0ns. Bardzo wysokie przepięcia zmniejszają rezysancję warysora do 0,1 50Ω, w zależności od warości szczyowej piku napięciowego i średnicy warysora. Ta cecha warysora wykorzysywana jes do zabezpieczenia odbiorników przed krókimi przepięciami wysępującymi np. w czasie burz Zabezpieczenie liswy zasilającej przed skukami przeciążeń lub zwarć Aby zabezpieczyć liswę zasilającą przed skukami przeciążeń lub zwarć, zasosowano dwa bezpieczniki opikowe o znamionowym prądzie 10A. Kiedy przez włókno bezpiecznika płynie prąd, na rezysancji włókna odkłada się pewien spadek napięcia a w rezulacie wydziela się pewna moc (iloczyn prądu i spadku napięcia). Iloczyn mocy i czasu przepływu prądu, decyduje o warości wydzielanej energii, pod wpływem kórej włókno bezpiecznika nagrzewa się. Jeśli warość prądu przekroczy prąd znamionowy I N, nasępuje przepalenie włókna i odłączenie odbiornika od zasilania. Wraz ze wzrosem prądu płynącego przez włókno bezpiecznika, maleje czas zadziałania bezpiecznika. 4. OPIS STANOWISKA LABORATORYJNEGO Do badania właściwości liswy zasilającej wykonano dwa sanowiska laboraoryjne. 1. Sanowisko do badania właściwości filrujących liswy.. Sanowisko do badania charakerysyk bezpieczników opikowych. Właściwości warysora nie będą badane. 6

7 4.1. Sanowisko do badania właściwości filrujących (łumiących) liswy zasilającej Opis sanowiska Schema sanowiska przedsawiono na rysunku 4.1. Sanowisko składa się z nasępujących elemenów i urządzeń: wyłącznik SIEĆ ; ransformaor T 1 ; ransformaor T ; bezpiecznik 0,5A; generaor zakłóceń; poencjomer 10kHz ; przełącznik S 1 ; wyłącznik S ; liswa zasilająca- LESTAR ; gniazda radiowe i złącze BNC; miernik zniekszałceń PMZ-11; oscyloskop cyfrowy; drukarka. MIERNIK ZNIEKSZTAŁCEŃ PMZ - 11 Wejście Drukarka 30V 1 S 1 S 1 8V 10kHz 1 6V 50Hz PMZ 11 Oscyloskop T 1 z 1 z 6V - 50Hz L 1 L F 1 C 1 C C 3 9k Oscyloskop Kanal Kanał 8V - 10kHz z T z 1 GENERATOR ZAKŁOCEN Uzwojenie pomiarowe R W F L 3 LISTWA ZASILAJACA R obc 1k 0,1U WY Oscyloskop Kanal 1 Kanał Nasawy "f" [khz] 100 ZAKLOCENIA WL S WYL 0,1U WE Oscyloskop Wyzwalanie Exernal Triger SIEĆ Rys Schema sanowiska do badania właściwości filrujących (łumiących) liswy zasilającej Transformaor T 1 Ze względu na bezpieczeńswo sudenów, na liswę zasilającą podawane jes napięcie sieci przemysłowej, poprzez ransformaor T 1, o warości skuecznej około 6V. Generaor zakłóceń Generaor zakłóceń wywarza napięcie sinusoidalne o nasawianej częsoliwości (za pomocą poencjomeru posiadającego skalę) 10kHz. Warość skueczna ego napięcia wynosi około 8V, co sanowi 30% warości napięcia na wyjściu ransformaora T 1. Aby można było zsumowąć napięcie sieci przemysłowej z napięciem zakłócającym, na wyjściu generaora zakłóceń zasosowano ransformaor T. Uzwojenia wórne (z ) ransformaorów T 1 i T połączono szeregowo. 7

8 Na rysunku 4. przedsawiono przebiegi: napięcia sieci przemysłowej; napięcia zakłócającego; napięcia sieci przemysłowej z zakłóceniami. Napięcie sieci przemysłowej - 50Hz U sp U Z Napięcie zakłócające 10kHz Napięcie sieci przemysłowej z zakłóceniami U sp+z Rys. 4.. Przebiegi napięć generowanych na sanowisku laboraoryjnym Przełącznik S 1 umożliwia przyłączenie do liswy zasilającej: w położeniu 1 napięcia zakłócającego; w położeniu napięcia sieci przemysłowej z zakłóceniami. W położeniu przełącznika S 1, do liswy zasilającej może być przyłączone ylko napięcie sieci przemysłowej, jeżeli wyłącznik S Zakłócenia zosanie usawiony w pozycji Zakłócenia wyłączone. Oscyloskop cyfrowy Oscyloskop cyfrowy służy do obserwacji przebiegów oraz pomiaru: częsoliwości przebiegów; warości napięć międzyszczyowej (U p-p ), lub skuecznej (U rms ). Drukarka Za pomocą drukarki można wydrukować przebiegi z ekranu oscyloskopu. Bezpieczniki i wyłącznik Sieć Bezpiecznik 0,5A zabezpiecza sanowisko i jes umieszczony z yłu lub z przodu sanowiska. Podświelany wyłącznik z napisem Sieć służy do włączenia zasilania sanowiska napięciem 30V/50Hz Auomayczny miernik zniekszałceń nieliniowych PMZ - 11 Auomayczny miernik zniekszałceń nieliniowych PMZ 11 służy do pomiaru zawarości harmonicznych badanego przebiegu w %. Na rysunku 4.3 przedsawiono widok płyy czołowej auomaycznego miernika zniekszałceń nieliniowych PMZ 11. 8

9 AUTOMATYCZNY MIERNIK ZNIEKSZTAŁCEŃ PM Z - 11 zniekszałcenia 300V Po. kalibracja 300mV 0 0, 1 0,4 % 0,6 0,8 3 1 % , Hz pomiar sieć wejście wyjście Rys Widok płyy czołowej auomaycznego miernika zniekszałceń nieliniowych PMZ 11 Przygoowanie przyrządu do pomiarów 1. Za pomocą sznura sieciowego przyłączyć przyrząd do sieci 30V/50Hz.. Kablem koncenrycznym połączyć gniazdo wejściowe przyrządu z gniazdami radiowymi (PMZ) na sanowisku, zachowując odpowiednią biegunowość. 3. Usawić przełącznik kalibracji na zakres 300V. 4. Przełącznik pod miernikiem częsoliwości usawić w położenie Wcisnąć przycisk (biały) zniekszałcenia 100%. 6. Wcisnąć przycisk (czerwony) sieć. 7. Odczekać 5 minu w celu nagrzania przyrządu. Pomiar zawarości harmonicznych w % 1. Po podaniu badanego sygnału na wejście przyrządu wcisnąć i zwolnić biały przycisk Kalibracja. Wskazówka na środkowym przyrządzie wychyli się o pewną warość. Poencjomerem, kóry zespolony jes z przełącznikiem Kalibracja należy usawić wskazówkę na pełne wychylenie do warości 1 skali. Jeżeli wskazówka nie osiągnie ej pozycji, o należy cofnąć poencjomer w lewe skrajne położenie i przełączyć przełącznik Kalibracja na kolejną mniejszą warość napięcia. Ponownie wykonać próbę usawienia wskazówki za pomocą poencjomeru na warości 1 skali.. Wcisnąć i zwolnić przycisk Pomiar. Po krókim czasie wskazania miernika będą maleć. Jeżeli wskazówka usawi się poniżej warości nasępnego zakresu, należy przełączyć zakres miernika wciskając przycisk 30% pod napisem Zniekszałcenia. Jeżeli nadal wskazówka usawi się poniżej warości nasępnego zakresu, należy wcisnąć przycisk kolejnego mniejszego zakresu. Czynności e należy powarzać do chwili, gdy na danym zakresie wskazówka usawi się powyżej warości nasępnego zakresu. 3. Zanoować warość zawarości harmonicznych. 4. Po wykonaniu pomiaru wcisnąć przycisk (biały) Zniekszałcenia 100%. Niewykonanie ej czynności może spowodować uszkodzenie przyrządu Pomiar charakerysyk liswy zasilającej A. Pomiar charakerysyki ampliudowej filra liswy zasilającej Połączyć sanowisko według schemau przedsawionego na rysunku 4.1. Dodakowo do gniazda sieciowego sanowiska przyłączyć wejście liswy, a do jednego z gniazd liswy przyłączyć wyczkę sieciową przewodu wychodzącego ze sanowiska. 1. Usawić przełącznik S 1 w pozycji 1 do liswy zosanie przyłączony generaor zakłóceń.. Wyłącznik S Zakłócenia usawić w pozycji Włączone. 9

10 3. Pokręło poencjomeru Nasawy f usawić na warość khz. 4. Włączyć zasilanie sanowiska wyłącznikiem Sieć. 5. Włączyć zasilanie liswy usawiając przełącznik liswy w położenie Włączyć zasilanie PMZ - 11 wyłącznikiem Sieć. Przygoowanie oscyloskopu cyfrowego do pomiarów Do serowania pracą oscyloskopu służą pokręła i przyciski umieszczone na obudowie, kóre w ekście są opisane pismem pogrubionym np. Desinaion. Przyciski programowalne są umieszczone pod ekranem oscyloskopu i są one opisane w ekście pismem pochyłym pogrubionym np. Paraller. 1. Przyłączyć drukarkę do oscyloskopu złącze Parallel.. Włączyć zasilanie oscyloskopu przyciskiem Line. 3. Nacisnąć przycisk Prin/Uiliy, a nasępnie Hardcopy Menu. 4. Przyciskiem Forma wybrać HP prin. 5. Przyciskiem Desinaion wybrać Paraller. 6. Nacisnąć przycisk Priner Menu. 7. Przyciskiem Fakors można wybrać rodzaj drukowania ch-k: Off - drukowanie ch-k bez wypisywania nasaw oscyloskopu; On - drukowanie ch-k z wypisaniem nasaw oscyloskopu. 8. Przyciskiem Gray Scale wybrać zakres Off - oscylogram czarno-biały. 9. Pokręłem HORIZONTAL usawić rójką na warość 0 sekund. 10. Pokręłami Vols/div usawić wzmocnienia obu kanałów na warości 1V. 11. Pokręłem Posiion 1-szego kanału usawić 1 kanał na warość +V, a pokręłem Posiion -go kanału usawić kanał na warość -V. 1. Pokręłem Time/div usawić podsawę czasu na warości 00 μs. 13. Usawić sposób wyzwalania oscyloskopu: nacisnąć przycisk Source i Ex ; nacisnąć przycisk Mode i Auo ; nacisnąć przycisk Slope/Coupling i usawić Slope i Coupling - dowolnie, a Rejek w pozycji HF i Nojse Rej w pozycji Off. 14. Pokręłem Level usawić poziom wyzwalania na warość około 0V. 15. Nacisnąć na przycisk Volage, a nasępnie Source 1 i Vrms oraz Source i Vrms. Oscyloskop będzie mierzył warości skueczne przebiegów pierwszego i drugiego kanału. 16. Nacisnąć na przycisk Time, a nasępnie Source 1 i Freg. Oscyloskop będzie mierzył częsoliwość przebiegu 1 kanału. Wykonanie pomiarów Po wykonaniu ych czynności należy zapisać w abeli 5.1 (rozdział 5) warości napięć pierwszego i drugiego kanału, pamięając o ym, że do oscyloskopu podawane są sygnały o warości 0,1 warości rzeczywisej. Pomiaru warości napięcia wejściowego i wyjściowego filra liswy należy dokonać dla warości częsoliwości opisanych na skali poencjomeru Nasawy f. Jeżeli sanowisko nie jes wyposażone w przyrząd PMZ-11, o warości napięcia wyjściowego U WY należy akże zapisać w abeli 5..B w drugim wierszu oznaczonym U skz. Wraz ze wzrosem częsoliwości maleje ampliuda napięcia wyjściowego liswy, dlaego eż należy zmieniać wzmocnienie kanału i podsawę czasu. Dla wybranej częsoliwości np. 40kHz (przy akich samych nasawach wzmocnienia obu kanałów 1V/dz) można wydrukować przebiegi napięć. W ym celu należy nacisnąć przycisk Prin/Uiliy i Prin Screen (czekać do zakończenia drukowania). Oscylogram przebiegów napięcia wejściowego i wyjściowego liswy, dla f zakł = 50kHz, przedsawiono na rysunku

11 U WE U WY Rys Oscylogram przebiegów napięcia wejściowego i wyjściowego liswy zasilającej, dla częsoliwości f zakł = 50kHz Na podsawie uzyskanych wyników narysować w skali logarymicznej charakerysykę ampliudową filra liswy zasilającej A = g(f). Na rysunku 4.5 przesawiono ampliudową charakerysykę filra liswy zasilającej. A lg k k [db] f [khz] , -0,4 0,6 0,5 0,4-1 -0,6 0, ,8 0, ,0 0,1-4 -1, 0, ,4 0,04 Rys Logarymiczna charakerysyka ampliudowa filra liswy zasilającej A = g(f) B. Pomiar przyrządem PMZ-11 zawarości harmonicznych zakłóconego napięcia sieci przemysłowej, na wyjściu filra liswy zasilającej, w funkcji częsoliwości napięcia zakłócającego B.1. Pomiar zawarości harmonicznych niezakłóconego napięcia sieci przemysłowej Aby pomierzyć zawarości harmonicznych niezakłóconego napięcia sieci przemysłowej należy: 1. Usawić przełącznik S 1 w pozycji do liswy zosaje przyłączony generaor zakłóceń i napięcie sieci przemysłowej. Wyłącznik S Zakłócenia usawić w pozycji Wyłączone. 3. Wyłączyć 1 kanał oscyloskopu naciskając dwukronie na przycisk 1 kanału. 4. Pokręłem Posiion -go kanału usawić kanał na warość 0V, 5. Pokręłem Time/div usawić podsawę czasu na warości 5 ms. 6. Przyrządem PMZ 11 pomierzyć zawarość harmonicznych w % niezakłóconego napięcia sieci przemysłowej. 7. Wynik pomiaru zapisać w abeli 5. (rozdział 5). 8. Przełączyć zakres Zniekszałcenia w pozycję 100%. 9. Uzyskany przebieg zapisać w pamięci oscyloskopu. W ym celu należy kolejno nacisnąć przyciski Trace, Mem1, Clear Mem1, Save o Mem1. 11

12 B.. Pomiar zawarości harmonicznych zakłóconego napięcia sieci przemysłowej Aby pomierzyć zawarości harmonicznych zakłóconego napięcia sieci przemysłowej należy: 1. Wyłącznik S Zakłócenia usawić w pozycji Włączone.. Pokręło poencjomeru Nasawy f usawić na warość khz. 3. Przy włączonych Zakłóceniach nie należy kalibrować przyrządu PMZ Przyrządem PMZ 11 pomierzyć zawarość harmonicznych w % zakłóconego napięcia sieci przemysłowej. W czasie pomiarów, dla zakresu i 10kHz, winien być włączony zakres Zniekszałcenia 100%. 5. W czasie pomiarów, dla zakresu 0 10kHz, winien być włączony zakres Zniekszałcenia 30% lub 10%. Dla częsoliwości i 10 khz można wydrukować przebiegi napięcia na wyjściu liswy. Przed wydrukowaniem przebiegu napięcia zakłóconego na wyjściu liswy, dla częsoliwości khz, należy uwolnić z pamięci niezakłócony przebieg, naciskając na przyciski Trace, Mem1 i Mem1 On. Po wydrukowaniu przebiegu należy zamknąć pamięć naciskając na przycisk Mem1 Off. Wyniki pomiarów wpisać do abeli 5. (rozdział 5). Na podsawie uzyskanych wyników narysować charakerysykę zawarości harmonicznych zakłóconego napięcia sieci przemysłowej, w funkcji częsoliwości napięcia zakłócającego h = g(f). Oś częsoliwości narysować w skali logarymicznej. Oscylogram przebiegu zakłóconego napięcia wyjściowego liswy, na le przebiegu niezakłóconego, dla f zakł = khz, przedsawiono na rysunku 4.6. Napięcie sieci przemysłowej bez zakłóceń Rys Oscylogram przebiegu zakłóconego napięcia na wyjściu liswy, na le przebiegu niezakłóconego, dla częsoliwości napięcia zakłócającego f zak = khz Na rysunku 4.7 przedsawiono oscylogram przebiegu zakłóconego napięcia wyjściowego liswy dla f zakł = 10kHz. Rys Oscylogram przebiegu zakłóconego napięcia na wyjściu liswy, dla częsoliwości napięcia zakłócającego f zakł = 10kHz 1

13 Na rysunku 4.8 przesawiono zawarość harmonicznych, na wyjściu liswy, w funkcji częsoliwości napięcia zakłócającego h = g(f). h [%] f [khz] Rys Zawarość harmonicznych, na wyjściu liswy, w funkcji częsoliwości napięcia zakłócającego h = g(f) C. Oszacowanie zawarości harmonicznych za pomocą oscyloskopu Jeżeli nie jes możliwy do użycia auomayczny miernik zniekszałceń nieliniowych PMZ-11, o oszacowania zawarości harmonicznych można dokonać za pomocą oscyloskopu. Przy założeniu, że sinusoida napięcia sieciowego jes idealna, a na nią jes nałożone akże sinusoidalne napięcie zakłócające, o wzór na zawarość harmonicznych przybierze posać, jak poniżej. h = U skz 100% U sk(s+z) gdzie: U skz - warość skueczna napięcia zakłócającego; U sk(s+z) - warość skueczna zakłóconego napięcia sieci przemysłowej. Ponieważ zawarość harmonicznych napięcia sieci przemysłowej waha się w granicach, 3,8%, o przyjęo średnią zawarość harmonicznych h = 3%. Wówczas wzór empiryczny na zawarość harmonicznych zakłóconego napięcia sieci przemysłowej przybierze posać: U skz h = [%] U sk(s+z). Aby oszacować zawarość harmonicznych, dla usawionej częsoliwości napięcia zakłócającego, należy za pomocą oscyloskopu pomierzyć: U skz - warość skueczna napięcia zakłócającego; U sk(s+z) - warość skueczna zakłóconego napięcia sieci przemysłowej. Pomiar U skz zosał opisany w pk Aby dokonać pomiarów U sk(s+z) należy: 7. Usawić przełącznik S 1 w pozycji (6V-50Hz) do liswy zosanie przyłączone napięcie sieci. 8. Wyłącznik S Zakłócenia usawić w pozycji Włączone. 9. Wyłączyć 1 kanał oscyloskopu. 10. Usawić podsawę czasu na warości 5ms. Dla usawionej częsoliwości ( 10)kHz pomierzyć warości skueczne zakłóconego napięcia sieci i zapisać je w abeli 5..B w rzecim wierszu oznaczonym U sk(s+z). Pomierzone warości napięć podsawić do wzoru i obliczyć zawarość harmonicznych. Dla porównania wyników pomiaru wykonano pomiar zawarości harmonicznych powyższą meodą oraz przyrządem PMZ 11, przy częsoliwości napięcia zakłócającego f =, 5, 50 oraz 100kHz. Wyniki pomiaru umieszczono w poniższej abeli. 13

14 Częsoliwość napięcia zakłócającego Pomiar PMZ-11 Pomiar oscyloskopem f[khz] h[%] h[%] 33,0 3,1 5 14,7 14,6 50 7,4 7, ,7 4,8 Na podsawie przyoczonych pomiarów widać, że wyniki pomiarów zawarości harmonicznych wykonane przy użyciu oscyloskopu niewiele odbiegają od wyników pomiarów wykonanych przyrządem PMZ-11. Należy przy ym uwzględnić dokładność pomiaru przyrządem PMZ-11, kóra wynosi +/- 5%. 4.. Sanowisko do badania charakerysyk czasowo prądowych bezpieczników opikowych W liswie zasilającej Lesar zasosowano dwa bezpieczniki opikowe o prądzie znamionowym 10A. Chcąc dokonać pomiaru czasu zadziałania bezpiecznika przy 0-kronie większym prądzie od prądu znamionowego, należałoby zbudować sanowisko, kóre umożliwiłoby uzyskanie prądu o warości 00A. Ze względu na ak duży prąd, zbudowano sanowisko do badania bezpieczników o znamionowym prądzie 0,5A. Charakerysyki bezpieczników opikowych o różnych warościach prądów znamionowych są podobne Opis sanowiska Na rysunkach 4.9 i 4.10 przedsawiono schema elekryczny i widok płyy czołowej sanowiska do badania bezpieczników opikowych. + 30V S 0 F 500mA Badany bezpiecznik 3k Sygnalizacja zdaności bezpiecznika S 1 1,5A S A S 3 A S 4 A S 5 A S 6 A 9k Oscyloskop R 1 0Ω R 15Ω R 3 15Ω R 4 15Ω R 5 15Ω R 6 15Ω 1k Rys Schema elekryczny sanowiska do badania bezpieczników Sanowisko do badania bezpieczników opikowych składa się z: zasilacza prądu sałego 30V/0A; rezysorów obciążenia R 1 R 6 ; wyłączników S 1 S 6 (do włączania obciążenia); badanego bezpiecznika F; diody sygnalizującej zdaność bezpiecznika (umieszczona pod bezpiecznikiem); wyłącznika S 0 (do włączania napięcia na rezysory obciążenia); oscyloskopu cyfrowego. Warość prądu płynącego przez bezpiecznik zależy od ego, kóre wyłączniki są włączone. Warość a jes sumą warości prądów płynących przez włączone rezysory obciążenia. 14

15 + 30V WTA - 500mA Oscyloskop 1,5A A 1 1 A A A A S 1 S S 3 S 4 S 5 S 6 1 S 0 0 Rys Widok płyy czołowej sanowiska do badania bezpieczników 4... Przygoowanie sanowiska do pomiarów 1. Usawić wszyskie wyłączniki S 0 S 6 w pozycji 0 (wyłączone).. Do gniazda założyć badany bezpiecznik. 3. Na zasilaczu 30V/0A usawić napięcie na warość 30V. 4. Włączyć zasilanie zasilacza wyłącznikiem Sieć. 5. W celu sprawdzenia zdaności bezpiecznika należy włączyć ylko wyłącznik S 0. Jeżeli bezpiecznik nie jes przepalony, o zaświeci dioda. Przygoowanie oscyloskopu cyfrowego do pomiarów 1. Włączyć zasilanie oscyloskopu przyciskiem Line.. Pokręłem Vols/div usawić wzmocnienia 1 kanału na warości 1V (do oscyloskopu podawane jes napięcie z zasilacza poprzez dzielnik napięcia 1:10). 3. Pokręłem Posiion 1-szego kanału usawić 1 kanał na warość -1V 4. Pokręłem Time/div usawić podsawę czasu na warości 50 ms. 5. Pokręłem HORIZONTAL usawić rójką w odległości działki od lewego brzegu ekranu. 6. Pokręłem Level usawić poziom wyzwalania na warość około 1V. 7. Usawić sposób wyzwalania oscyloskopu: nacisnąć przycisk Source i 1, nasępnie Mode i Single oraz Slope/Coupling i usawić Slope. Uwaga! Dla każdej warości usawionego prądu, należy zmieniać podsawę czasu i usawiać rójką w odległości działki od lewego brzegu ekranu pokręłem HORIZONTAL. Warości podsawy czasu podano w abeli 5.3 (rozdział 5) Pomiar czasu zadziałania bezpiecznika opikowego Pomiar czasu zadziałania bezpiecznika opikowego jes wykonywany oscyloskopem cyfrowym za pomocą kursorów. Po włączeniu wyłącznika S 0 w chwili 1 (przy włączonych uprzednio wybranych wyłącznikach S 1 S 6 ), przez bezpiecznik i rezysory obciążenia płynie prąd. W chwili działa bezpiecznik i odłącza napięcie od rezysorów obciążenia. Na rysunku 4.11 przedsawiono przebiegi napięć na bezpieczniku i za bezpiecznikiem na rezysorach obciążenia, dla dwóch warości rezysancji obciążenia (15 i 3Ω). 15

16 W sanie zimnym rezysancja bezpiecznika jes sosunkowo mała i wynosi kilkadziesią mω. Kiedy przez bezpiecznik płynie prąd, zwłaszcza większy od prądu znamionowego bezpiecznika, bezpiecznik w czasie 1 nagrzewa się i w czasie nasępuje przepalenie bezpiecznika. Wraz ze wzrosem emperaury włókna bezpiecznika, rośnie jego rezysancja. Dla badanego bezpiecznika WTA-500mA jego rezysancja osiąga warość rzędu 1,3Ω. Na rozgrzanym bezpieczniku odkłada się spadek napięcia ym większy, im mniejsza jes rezysancja obciążenia, co widać na dolnych rysunkach. R obc =15Ω R obc =3Ω U F U F Napięcie na bezpieczniku Napięcie na bezpieczniku Spadek napięcia na rozgrzanym bezpieczniku Spadek napięcia na rozgrzanym bezpieczniku U obc U obc Napięcie na rezysorach obciążenia Napięcie na rezysorach obciążenia Czas zadziałania bezpiecznika Czas zadziałania bezpiecznika 1 1 Rys Przebiegi napięć na bezpieczniku i rezysorach obciążenia Na oscyloskopie zosanie zarejesrowany ylko przebieg drugi. W celu wykonania pomiarów czasu zadziałania bezpieczników należy: 1. Wyłącznikami (S 1 S 6 ) usawić wymaganą warość prądu obciążenia.. Usawić odpowiednią podsawę czasu wg abeli Przed każdym pomiarem nacisnąć na przycisk oscyloskopu Run. 4. Włączyć wyłącznik S 0 zadziała bezpiecznik, a na ekranie oscyloskopu pojawi się przebieg napięcia na obciążeniu; 5. Wyłączyć wyłącznik S 0 ; 6. Uzyskany przebieg zapisać w pamięci oscyloskopu. W ym celu należy kolejno nacisnąć przyciski Trace, Mem1, Clear Mem1, Save o Mem1. Zapisanie przebiegu w pamięci jes niezbędne, gdyż przy jakimkolwiek poruszeniu pokręeł oscyloskopu, przebieg zanika i należałoby ponowić pomiar, zużywając dodakowy bezpiecznik. W przypadku zaniku przebiegu na ekranie, należy oworzyć pamięć oscyloskopu naciskając na przyciski Trace, Mem1 i Mem1 On. Pomierzyć kursorami czas zadziałania bezpiecznika. W ym celu należy: nacisnąć na przycisk Cursors i 1 ; pokręłem kursorów usawić kursor 1 na począku przebiegu napięcia; nacisnąć na przycisk ; pokręłem kursorów usawić kursor na końcu przebiegu napięcia; odczyać warość Δ jes o czas zadziałania bezpiecznika. Wyniki pomiarów wpisać do abeli 5.3 (rozdział 5). Na podsawie uzyskanych wyników narysować charakerysykę czasowo prądową bezpiecznika = f(i obc ). 16

17 Na rysunku 4.1 przesawiono charakerysykę czasowo prądową bezpiecznika opikowego WTA 500mA. [ms] Asympoa 0 I N 0 0 0,5 1, I obc [A] Rys Charakerysyka czasowo prądowa bezpiecznika opikowego 5. PROGRAM ĆWICZENIA 5.1. Pomiar charakerysyk liswy zasilającej A. Pomiar charakerysyki ampliudowej filra liswy zasilającej W celu wykonania pomiarów należy wykonać czynności opisane w podrozdziale A. W czasie wykonywania pomiarów można wydrukować oscylogram przebiegu napięcia wejściowego i wyjściowego liswy, dla jednej wybranej częsoliwości z zakresu 0 10kHz. Wyniki pomiarów wpisać do abeli 5.1. Tabela 5.1 f khz lg f U WE (Vrms) V U WY (Vrms) V k=u WY /U WE - lg k - A = 0lg k db Na podsawie uzyskanych wyników narysować w skali logarymicznej charakerysykę ampliudową filra liswy zasilającej A = h(f). B. Pomiar zawarości harmonicznych zakłóconego napięcia sieci przemysłowej, na wyjściu liswy zasilającej, w funkcji częsoliwości napięcia zakłócającego W celu wykonania pomiarów należy wykonać czynności opisane w podrozdziale B lub C. Wyniki pomiarów wpisać do abeli 5.A. W czasie wykonywania pomiarów można wydrukować: 1. Oscylogram przebiegu zakłóconego napięcia na wyjściu liswy, na le przebiegu niezakłóconego napięcia, dla częsoliwości napięcia zakłócającego f zakł = khz.. Oscylogram przebiegu zakłóconego napięcia na wyjściu liswy, dla częsoliwości napięcia zakłócającego f zakł = 10kHz. Tabela 5.A Zawarość harmonicznych niezakłóconego napięcia sieci przemysłowej h =... % Zawarość harmonicznych zakłóconego napięcia sieci przemysłowej f khz h % 17

18 W przypadku pomiaru warości skuecznych napięcia zakłócającego i sieciowego za pomocą oscyloskopu, wyniki pomiarów wpisać do abeli 5.B. Tabela 5.B f khz U skz V V U sk(s+z) U skz h = % U sk(s+z) U skz - warość skueczna napięcia zakłócającego; U sk(s+z) - warość skueczna zakłóconego napięcia sieci przemysłowej. Na podsawie uzyskanych wyników narysować charakerysykę zawarości harmonicznych zakłóconego napięcia sieci przemysłowej, w funkcji częsoliwości napięcia zakłócającego h = g(f). Oś częsoliwości narysować w skali logarymicznej Pomiar charakerysyki bezpieczników opikowych W celu wykonania pomiarów należy wykonać czynności opisane w podrozdziale 4.. i Wyniki pomiarów wpisać do abeli 5.3. Tabela 5.3 Włączone wyłączniki obciążenia S 1 S S i S 3 S S 4 S S 5 S S 6 Prąd obciążenia A 1, Podsawa czasu ms Czas zadziałania bezpiecznika ms Na podsawie uzyskanych wyników narysować charakerysykę czasowo prądową bezpiecznika = f(i obc ). 6. UWAGI KOŃCOWE W wyniku wykonania ćwiczenia należy przedsawić sprawozdanie, kóre powinno zawierać: yp i schema elekryczny badanej liswy zasilającej; podsawowe dane liswy zasilającej; wyniki pomiarów; wykresy charakerysyk liswy zasilającej; yp badanych bezpieczników oraz warość prądu znamionowego bezpiecznika; wyniki pomiarów; wykres charakerysyki bezpiecznika; opisane oscylogramy wnioski. 7. PYTANIA KONTROLNE 1. Omówić jakie zakłócenia mogą wysępować w sieci przemysłowej i podać źródła ych zakłóceń.. Omówić wskaźniki jakości napięcia przemiennego. 3. Omówić przeznaczenie i podsawowe dane echniczne liswy zasilającej Lesar. 4. Narysować schema filra liswy zasilającej i omówić jego działanie. 5. Podać podsawowe cechy warysora. 6. W jakim celu w liswie zasosowano bezpieczniki opikowe. 7. Narysować i omówić charakerysyką czasowo prądową bezpiecznika opikowego. 18

19 WZÓR SPRAWOZDANIA LABORATORIUM PODSTAW EKSPLOATACJI SYSTEMÓW Grupa Podgrupa Nr ćwiczenia Lp. Nazwisko i Imię Ocena Daa wykonania ćwiczenia Prowadzący ćwiczenie Podpis prowadzącego ćwiczenia Daa oddania sprawozdania Tema BADANIE WŁAŚCIWOŚCI WYBRANEGO UKŁADU PRZECIWDESTRUKCYJNEGO 1. POMIAR CHARAKTERYSTYK LISTWY ZASILAJĄCEJ 1.1. Podsawowe dane liswy zasilającej Liswa zasilająca LESTAR przeznaczona jes do ochrony odbiorników przed zakłóceniami wysępującymi w sieci zasilającej. Spełnia ona nasępujące zadania: filr liswy skuecznie łumi zakłócenia (-30dB) w paśmie częsoliwości 100kHz 60MHz (w paśmie 100kH 6MHz najczęściej wysępują zakłócenia przemysłowe); warysor likwiduje chwilowe impulsy o dużej warości napięcia (w ciągu 5ns prąd płynący przez warysor może osiągnąć warość 6,5kA; bezpieczniki opikowe (10A) zabezpieczają liswę przed skukami przeciążeń lub zwarć. LISTWA ZASILAJĄCA "LESTAR" F 1 L 1 L W S E F C 1 C R W C 3 G 1 G 5 L 3 Rys. 1. Schema elekryczny liswy zasilającej 1.. Pomiar charakerysyki ampliudowej filra liswy zasilającej Tabela 5.1 f khz lg f U WE V U WY V k=u WY /U WE - lg k - A = 0lg k db Na podsawie uzyskanych wyników narysowano w skali logarymicznej charakerysykę ampliudową filra liswy zasilającej A = g(f). 19

20 A [db] f [khz] Rys. 1. Charakerysyka ampliudowa filra liswy zasilającej 1.3.A. Pomiar przyrządem PMZ-11 zawarości harmonicznych zakłóconego napięcia sieci przemysłowej, na wyjściu filra liswy zasilającej, w funkcji częsoliwości napięcia zakłócającego. Tabela 5..A Zawarość harmonicznych niezakłóconego napięcia sieci przemysłowej h =... % Zawarość harmonicznych zakłóconego napięcia sieci przemysłowej f khz h % 1.3.B. Pomiar zawarości harmonicznych zakłóconego napięcia sieci przemysłowej, na wyjściu filra liswy zasilającej, w funkcji częsoliwości napięcia zakłócającego za pomocą oscyloskopu. Tabela 5.B f khz U skz V V U sk(s+z) U skz h = % U sk(s+z) Na podsawie uzyskanych wyników narysowano charakerysykę filra liswy zasilającej j. zawarość harmonicznych w funkcji częsoliwości napięcia zakłócającego h = g(f). 0

21 h [%] Rys.. Zawarość harmonicznych w funkcji częsoliwości napięcia zakłócającego h = g(f) f [khz]. POMIAR CHARAKTERYSTYKI BEZPIECZNIKÓW TOPIKOWYCH Badanymi bezpiecznikami opikowymi są bezpieczniki WTA 500mA S 0 F 500mA Badany bezpiecznik Zasilacz 30V/0A + - S 1 1,5A S R 1 0Ω A S 3 R 15Ω A S 4 R 3 15Ω A S 5 R 4 15Ω A S 6 R 5 15Ω A R 6 15Ω 9k 1k Oscyloskop Rys.. Schema elekryczny sanowiska do badania bezpieczników Tabela 5.3 Włączone wyłączniki obciążenia S 1 S S i S 3 S S 4 S S 5 S S 6 Prąd obciążenia A 1, Podsawa czasu ms Czas zadziałania bezpiecznika ms Na podsawie uzyskanych wyników narysowano charakerysykę czasowo-prądową bezpiecznika = f(i obc ). 1

22 [ms] Asympoa I N 1, Rys. 3. Charakerysyka czasowo-prądowa bezpiecznika = f(i obc ). I obc [A] 3. WNIOSKI