ĆWICZENIE nr 2 CYFROWY POMIAR MOCY I ENERGII

Transkrypt

1 Politechika Łódzka Katedra Przyrządów Półprzewodikowych i Optoelektroiczych LABORATORIUM METROLOGII ELEKTROICZEJ ĆWICZEIE r CYFROWY POMIAR MOCY I EERGII Łódź 009

2 CEL ĆWICZEIA: Ćwiczeie ma a celu zapozaie z cyfrowymi metodami pomiaru mocy/eergii w układach zasilaia -fazowego oraz zdobycie doświadczeia w kofigurowaiu i uruchomiaiu współczesych scaloych przetworików mocy/eergii. SPECYFIKACJA APARATURY: W ćwiczeiu wykorzystaa zostaie astępująca aparatura pomiarowa oraz oprogramowaie: Aparatura. Liczik giazdkowy do pomiaru eergii/mocy VOLTCRAFT EC3000. Oscyloskop cyfrowy -kaałowy typu RIGOL 05E 3. Karta pomiarowa Advatech USB-47A 4. Multimetr z fukcją próbkowaia RIGOL DM Zestaw dydaktyczy,,ade7753-kit 6. Zasilacz laboratoryjy DF743005C Oprogramowaie:. Program Data47 do obsługi karty pomiarowej USB-47A. Program ADE7753_63EVALR5P do akwizycji daych z zestawu dydaktyczego ADE7753-Kit 3. Arkusz kalkulacyjy z pakietu Office do przetwarzaia daych z przyrządów pomiarowych

3 PODSTAWY TEORETYCZE PRZEBIEG ĆWICZEIA: ZADAIE : Pomiar mocy czyej odbiorików zasilaych z sieci -fazowej za pomocą watomierza elektroiczego oraz karty pomiarowej Układ pomiarowy do pomiaru mocy czyej z zastosowaiem Voltcraft EC300 oraz karty pomiarowej Advatech47A Odbiorik 50W/0W 30V AC/50Hz VOLTCRAFT EC3000 Przetworik apięcia Przetworik prądu AI0 AI AI AI3 AI4 AI5 AGD.. Karta pomiarowa USB47A Rys. Schemat układu pomiarowego do pomiaru mocy z zastosowaiem liczika VOLTCRAFT EC3000 i karty pomiarowej Advatech USB47A Pomiar apięcia Kaał AI0 karty USBA47A Pomiar prądu kaał Kaał AI4 karty USBA47A Rys. Podłączeie sygałów pomiarowych z liczika EC3000 do karty pomiarowej USB47A 3

4 Stałe przeliczeiowe i parametry przetworików pomiarowych apięcia i prądu: A) Przetworik apięcia pracuje w układzie trasformatora apięciowego z przekładią 30V:6V wartości skuteczej i obciążoy jest dzielikiem rezystacyjym wzorcowym o stałej podziału 0,037 w przypadku pomiaru kartą pomiarową B) Przetworik prądu pracuje w układzie przekładika prądu z przekładią :500 obciążoego oporikiem wzorcowym o wartości 00Ω Dokłade stałe przeliczeiowe podae są a obudowie liczików VOLTCRAFT EC3000 oraz w załącziku. KuDAQ) współczyik apięciowy przy pomiarze kartą KuADE) współczyik apięciowy przy pomiarze przetworikiem ADE7753 Q u 48,44µV wartość kwatu apięcia w przetworiku A/C 6-bitowym toru pomiarowego apięcia układu ADE7753 przy wzmocieiu Q I 0,89µV wartość kwatu apięcia w przetworiku A/C 4-bitowym toru pomiarowego prądu układu ADE7753 przy wzmocieiu i zakresie wejściowym /-0,5V. W układzie jak a rysuku wykoać pomiar mocy dwóch odbiorików małej mocy 50W i 0W). Jako odbioriki wykorzystać halogeowe żródło światła oraz moitor ciekłokrystaliczy TFT.. Zarejestrować moc za wskazywaą przez liczik EC3000 i porówać ją z mocą obliczoą a podstawie sygałów dyskretych zmierzoych za pomocą karty pomiarowej. 3. Określić przesuięcie fazowe pomiędzy sygałami apięcia i prądu a podstawie przebiegów dyskretych apięcia i prądu. 4. Uzając jako referecyjy pomiar mocy uzyskay z liczika EC3000 określić procetowy błąd względy pomiaru mocy za pomocą karty pomiarowej. 5. Wyjaśić źródła błędów pomiaru z użyciem karty pomiarowej 6. arysować przebiegi wartości chwilowych prądu, apięcia, mocy. 4

5 ZADAIE Pomiar mocy czyej odbiorików zasilaych z sieci -fazowej za pomocą watomierza elektroiczego oraz scaloego przetworika mocy/eergii ADE7753 Odbiorik 50W/0W Zasilaie 5VDC ) Zasilaie 5VDC ) Przetworik apięcia VP V 30V AC/50Hz VOLTCRAFT EC3000 Przetworik prądu VP V CF Zestaw uruchomieiowy ADE7753 Rys.3 Schemat układu pomiarowego do pomiaru mocy z zastosowaiem liczika VOLTCRAFT EC3000 i zestawu uruchomieiowego ADE7753 Pomiar prądu zaciski V,VP ADE7753 5VDC ) 5VDC) Pomiar apięcia zaciski V,VP ADE7753 GD ) GD) Rys.4 Podłączeie sygałów pomiarowych z liczika EC3000 do zestawu uruchomieiowego ADE7753 Stałe przeliczeiowe i parametry przetworików pomiarowych apięcia i prądu: A) Przetworik apięcia pracuje w układzie trasformatora apięciowego z przekładią 30V:6V wartości skuteczej i obciążoy jest dzielikiem rezystacyjym wzorcowym o stałej podziału 0,035 w przypadku pomiaru układem ADE7753 B) Przetworik prądu pracuje w układzie przekładika prądu z przekładią :500 obciążoego oporikiem wzorcowym o wartości 00Ω 5

6 Dokłade stałe przeliczeiowe podae są a obudowie liczików VOLTCRAFT EC3000 oraz w załącziku do istrukcji. KuDAQ) współczyik apięciowy przy pomiarze kartą KuADE) współczyik apięciowy przy pomiarze przetworikiem ADE7753 Q u 48,44µV wartość kwatu apięcia w przetworiku A/C 6-bitowym toru pomiarowego apięcia układu ADE7753 przy wzmocieiu Q I 0,89µV wartość kwatu apięcia w przetworiku A/C 4-bitowym toru pomiarowego prądu układu ADE7753 przy wzmocieiu i zakresie wejściowym /-0,5V. W układzie jak a rysuku 3 wykoać pomiar mocy dwóch odbiorików małej mocy 50W i 0W). Jako odbioriki wykorzystać halogeowe żródło światła oraz moitor ciekłokrystaliczy TFT.. Zarejestrować moc wskazywaą przez liczik EC3000 i porówać ją z mocą obliczoą a podstawie pomiarów wartości skuteczej prądu, apięcia i przesuięcia fazowego w układzie ADE Uzając jako referecyjy pomiar mocy uzyskay z liczika EC3000 określić procetowy błąd względy pomiaru mocy za układu ADE Wyjaśić źródła błędów pomiaru z użyciem układu ADE7753 6

7 7 UWAGI KOŃCOWE Użytecze wzory do określaia parametrów sygałów dyskretych: Wartość średia sygału dyskretego w przedziale ) Wartość średia całego sygału dyskretego ) lim Wartość średia sygału dyskretego okresowego okres ), ) 0 0 Eergia całego sygału dyskretego E ) Moc średia sygału dyskretego w przedziale ) P Moc średia całego sygału wartość średiokwadratowa) P ) lim Moc średia sygału dyskretego okresowego okres P ), ) 0 0 Wartość skutecza sygału dyskretego RMS P

8 Wzór do obliczaia wartości chwilowych apięcia za pomocą karty pomiarowej: u) u A/C ) K UDAQ) gdzie: u) - wartość chwilowa mierzoego apięcia [V] u A/C ) - wartość apięcia z przetworika A/C karty pomiarowej [V] K UDAQ) - stała przeliczeiowa przetworika apięcia uwzględiająca przekładię trasformatora i stałą dzielika rezystacyjego. Dla każdego przetworika apięcia określoa idywidualie. K UDAQ) K UDAQ) K UDAQ) K UDAQ) K UDAQ) Wzór do obliczaia wartości chwilowych prądu za pomocą karty pomiarowej i) u A/C ) z CT /R CT [A] gdzie: i) - wartość chwilowa mierzoego prądu [A], u A/C ) - wartość apięcia z przetworika A/C karty pomiarowej [V], z CT - stała przekładi zwojowej przekładika prądowego, R CT Rezystacja obciążeia przekładika prądowego określaa dla każdego rezystora obciążającego idywidualie [Ω]. z CT 500 R CT 00. Ω R CT Ω R CT Ω R CT Ω R CT Ω 8

9 Wzór do obliczaia wartości skuteczej apięcia mierzoego w układzie ADE7753 U RMS q Q U K UADE) /Gai U U RMS - wartość skutecza apięcia mierzoego w układzie ADE7753 [V] Q U wartość apięcia przypadająca a bitową zmiaę słowa kodowego przetworika A/C Q U 48,44µV q - wartość skutecza apięcia z przetworika A/C układu ADE7753 wyrażoa w kwatach K UADE) - stała przeliczeiowa przetworika apięcia uwzględiająca przekładię trasformatora i stałą dzielika rezystacyjego w torze pomiarowym układu ADE7753. Dla każdego przetworika apięcia określoa idywidualie. Gai U wzmocieie wzmaciacza PGA w układzie ADE7753 ustawiae w torze pomiaru apięcia K UADE) K UADE) K UADE) K UADE) K UADE) Wzór do obliczaia wartości skuteczej prądu mierzoego w układzie ADE7753 I RMS q Q I z CT /R CT Gai I ) I RMS - wartość skutecza prądu mierzoego w układzie ADE7753 [A] q - wartość skutecza apięcia z przetworika A/C układu ADE7753 wyrażoa w kwatach Q I wartość apięcia przypadająca a bitową zmiaę słowa kodowego przetworika A/C Q I 0.89µV z CT - stała przekładi zwojowej przekładika prądowego, R CT Rezystacja obciążeia przekładika prądowego określaa dla każdego rezystora obciążającego idywidualie [Ω]. Gai I wzmocieie wzmaciacza PGA w układzie ADE7753 ustawiae w torze pomiaru prądu z CT 500 R CT 00. Ω R CT Ω R CT Ω R CT Ω R CT Ω 9

10 LITERATURA i MATERIAŁY DODATKOWE. S. Tumański Techika Pomiarowa, Wydawictwa aukowo-techicze WT, Warszawa 007. T.P. Zieliński Od teorii do cyfrowego przetwarzaia sygałów, Wydawictwo ATYKWA, Kraków T.P. Zieliński Zarys cyfrowego przetwarzaia sygałów. Od teorii do zastosowań Wydawictwo WKŁ, Warszawa ota aplikacyja układu ADE Materiały dodatkowe:

11 POLITECHIKA ŁÓDZKA KATEDRA PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODIKOWYCH I OPTOELEKTROICZYCH LABORATORIUM METROLOGII ELEKTROICZEJ ĆWICZEIE R: TEMAT: GRUPA LABORATORYJA Kieruek/Semestr Lp. AZWISKO IMIĘ R ALBUMU 3 4 Prowadzący: Dzień tygodia: Data wykoaia ćwiczeia: Data oddaia sprawozdaia: Ocea: Uwagi: