POMIAR WSPÓŁCZYNNIKÓW CHARAKTERYZUJĄCYCH KSZTAŁT SYGNAŁÓW ELEKTRYCZNYCH

Transkrypt

1 ĆWICZENIE NR POMIAR WSPÓŁCZYNNIKÓW CHARAKTERYZUJĄCYCH KSZTAŁT SYGNAŁÓW ELEKTRYCZNYCH.. Cel ćwiczeia Celem ćwiczeia jest pozaie metod pomiaru współczyików charakteryzujących kształt sygałów apięciowych i prądowych... Teoretycze podstawy pomiaru Napięcie i prąd w każdym pukcie sieci elektroeergetyczej są miej lub bardziej odkształcoe, to zaczy zawierają wyższe harmoicze. Główą przyczyą występowaia odkształceia są odbioriki o ieliiowej charakterystyce apięciowo-prądowej. Są oe źródłem prądowych wyższych harmoiczych. Prądy te powodują powstawaie a impedacji sieci spadków apięcia, które akładając się a siusoidale apięcie powodują jego odkształceie. Zaczą część wyższych harmoiczych, jest geerowaa przez urządzeia elektroicze małej mocy, jak p. zasilacze impulsowe, lampy kompaktowe, odbioriki telewizyje i radiowe. Pomimo, że odbioriki te mają małą moc, to masowość ich występowaia powoduje, że ich udział w odkształceiu krzywej apięcia może być zaczy. Z odbiorików dużej mocy zasilaych z sieci średiego i wysokiego apięcia ależy wymieić różego rodzaju przekształtiki w tym falowiki, a także piece łukowe stosowae w przemyśle metalurgiczym. Szczególe istoty jest fakt, że wyższe harmoicze są przeoszoe przez sieć. Tak więc awet odbiorcy eergii elektryczej, którzy sami ie przyczyiają się do ich powstawaia w sieci, lub awet ie zajdują się w pobliżu źródeł powstawaia harmoiczych mogą być arażei a ich oddziaływaie. Dla scharakteryzowaia kształtu przebiegów czasowych apięcia lub prądu podaje się różorode współczyiki. Moża do ich zaliczyć: współczyik kształtu (waveform factor), który jest rówy stosukowi wartości skuteczej sygału elektryczego do wartości średie z modułu AV tego sygału k () współczyik szczytu (crest factor), który jest rówy stosukowi wartości szczytowej U MA sygału elektryczego do wartości skuteczej U tego sygału U U AV MA s () współczyik zawartości harmoiczych (współczyik ziekształceń ieliiowych) THD f (Total Harmoic Distortio) określoy stosukiem wartości skuteczej wyższych harmoiczych sygału badaego do wartości skuteczej pierwszej harmoiczej przebiegu... THDf % ()

2 współczyik zawartości harmoiczych (współczyik ziekształceń ieliiowych) THD r określay jako stosuek wartości skuteczej wyższych harmoiczych do wartości skuteczej całego przebiegu (oprócz składowej stałej) THD r... % (4)... Mając wyzaczoe harmoicze sygału oraz harmoiczą zerową (składową stałą DC ) moża obliczyć wartość skuteczą sygału według zależości DC (5).. Pomiar współczyików Wyzaczeie współczyika kształtu, czy współczyika szczytu ie astręcza w praktyce większych trudości. Wystarczy za pomocą multimetra zmierzyć wartość skuteczą, średią i szczytową, a astępie obliczyć wartości potrzebych współczyików. Do wyzaczaia wartości współczyików THD moża stosować cyfrowe mieriki parametrów sieci, aalizatory mocy lub aalizatory harmoiczych. Mieriki te wyzaczają harmoicze sygału korzystając z algorytmu dyskretego przekształceia ouriera DT lub jego szybkiej odmiay azywaej szybką trasformatą ouriera T. Schemat toru pomiarowego takiego mierika jest pokazay a rysuku. 4 5 (t) A P W ~ C iltr Rys.. Schemat blokowy przyrządu z cyfrowym przetwarzaiem sygału badaego. -filt doloprzepustowy, - układ próbkująco-pamiętający, - przetworik aalogowo-cyfrowy, 4 - procesor realizujący T i ie algorytmy pomiarowe, 5 - wyświetlacz. Sygał (t) jest filtroway w filtrze doloprzepustowym zwaym filtrem atyaliazigowym w celu wyelimiowaia składowych o częstotliwościach większych iż zakres pracy przyrządu, ograiczoy częstotliwością próbkowaia. Następie sygał te, już o określoym widmie częstotliwościowym, jest próbkoway i przetwarzay z postaci aalogowej a cyfrową. Próbki sygału są zapisywae i a ich podstawie procesor oblicza wartości harmoiczych sygału korzystając z szybkiej trasformaty ouriera T. Do obliczeń wykorzystuje się M próbek, zwartych w tak zwaym okie pomiarowym, czyli zapisaych w pewym czasie będącym zazwyczaj wielokrotością okresu sygału mierzoego. Dodatkowo a podstawie zebraych próbek procesor wyzacza ie parametry sygału. Wyiki obliczeń są prezetowae a ekraie przyrządu. i

3 .4. Wykoaie ćwiczeia a) Budowa układu pomiarowego Układ pomiarowy jest pokazay a rysuku. Układ jest połączoy ale ależy sprawdzić poprawość połączeń ze schematem. Rys.. Układ do pomiaru współczyików charakteryzujących kształt sygałów elektryczych. Ozaczeia: A amperomierz true rms (multimetr Bryme BM5) A amperomierz z przetworikiem wartości średiej (multimetr treme MY-64) Uwaga!. Przed włączeiem zasilaia ależy astawić multimetry a pomiar prądu przemieego a zakresie 0 A.. Na cęgach do pomiaru prądu awiięta jest cewka, która zwiększa apięcie idukowae w cęgach krotie. Zwiększa to dokładość pomiaru prądu, poieważ użyte cęgi są przystosowae do pomiaru dużych prądów.. Prąd zmierzoy za pomocą aalizatora harmoiczych jest razy większy iż prąd płyący w układzie. Dlatego wyiki prądu (wartość skuteczą, maksymalą i poszczególe wartości skutecze składowych harmoiczych) ależy podzielić przez.

4 b) Wykoaie pomiarów Włączyć wszystkie mieriki i komputer. Na komputerze wybrać program lukeview4 i awiązać połączeie z mierikiem luke 4B. Użyć opcji Auto Coect. Włączyć zasilaie i regulując autotrasformatorem ustawić prąd w obwodzie rówy A patrząc a amperomierz A true rms. Spisać wartość prądu z amperomierza A do tabeli oraz przesłać dae z aalizatora harmoiczych do komputera i skopiować do excela podstawowe parametry prądu i apięcia (blok Summary Iformatio) oraz wartości harmoiczych (blok Harmoics) i wykresy. Wszystkie wartości prądu oraz jego harmoicze ależy podzielić przez. Nastawić kolejy prąd według tabeli, spisać prąd z amperomierza A, przesłać dae do komputera i zapisać w excelu. c) Wykoaie obliczeń Wypełić tabele i według zaleceń podaych pod tabelami. Tabela. Parametry prądu A,00 A I AV I MA k s c THD f THD r THD fh THD rh h 0,75 0,50 Tabela. Parametry apięcia A,00 V V MA s c THD f THD r THD fh THD rh V h 0,75 0,50 Ozaczeia i poleceia do tabeli A amperomierz true rms w multimetrze BRYMEN BM5 A amperomierz w multimerze treme MY-64 aalizator harmoiczych luke 4B

5 wartość skutecza prądu z amperomierzy A, A lub aalizatora harmoiczych I AV wartość średia z modułu prądu, I AV = /, z A, współczyik kształtu dla przebiegu siusoidalego I MA wartość maksymala (szczytowa Peak) z aalizatora harmoiczych k współczyik kształtu, obliczyć ze wzoru () przyjmując z A i obliczoe I AV s współczyik szczytu, obliczyć ze wzoru () przyjmując z A i I MA z c współczyik szczytu (Crest) z THD f - współczyik zawartości harmoiczych z (THD ud) THD r - współczyik zawartości harmoiczych z (THD Rms) THD fh - współczyik zawartości harmoiczych, obliczyć ze wzoru () a podstawie harmoiczych wyzaczoych przez aalizator (I Mag). Harmoicze I Mag są podae jako wartości skutecze prądu. Przez podstawieiem do wzoru ależy podzielić ich wartości przez. THD rh - współczyik zawartości harmoiczych, obliczyć ze wzoru (4) a podstawie harmoiczych wyzaczoych przez aalizator (I Mag). h wartość skutecza prądu, obliczyć ze wzoru (5) a podstawie harmoiczych wyzaczoych przez aalizator (I Mag). Jako wartość składowej stałej I DC ależy podstawić harmoiczą zerową (DC) Ozaczeia i poleceia do tabeli V wartość skutecza prądu z aalizatora harmoiczych V MA wartość maksymala (szczytowa Peak) z aalizatora harmoiczych s współczyik szczytu, obliczyć ze wzoru () przyjmując V z i V MA z c współczyik szczytu (Crest) z THD f - współczyik zawartości harmoiczych z (THD ud) THD r - współczyik zawartości harmoiczych z (THD Rms) THD fh - współczyik zawartości harmoiczych, obliczyć ze wzoru () a podstawie harmoiczych wyzaczoych przez aalizator (V Mag). Harmoicze V Mag są podae jako wartości skutecze apięcia. THD rh - współczyik zawartości harmoiczych, obliczyć ze wzoru (4) a podstawie harmoiczych wyzaczoych przez aalizator (V Mag). V h wartość skutecza apięcia, obliczyć ze wzoru (5) a podstawie harmoiczych wyzaczoych przez aalizator (V Mag). Jako wartość składowej stałej V DC ależy podstawić harmoiczą zerową (DC).5. Literatura [] Kuśmierek Z.: Pomiary mocy i eergii w systemach elektroeergetyczych WNT, Warszawa 994. [] Norma PN-EN : Kompatybilość elektroeergetycza, metody badań i pomiarów. [] Istrukcja obsługi przyrządów: 4 B luke, -78 firmy Chauvi Aroux.