Układy regulacji i pomiaru napięcia zmiennego.

Transkrypt

1 Układy regulacji i pomiaru napięcia zmiennego. 1. Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodami regulacji napięcia zmiennego, stosowanymi w tym celu układami elektrycznymi, oraz metodami pomiaru tego napięcia i stosowanymi do tego celu przyrządami. 2. Wprowadzenie: Źródłami napięcia zmiennego mogą być generatory synchroniczne, sieć elektroenergetyczna, różnego rodzaju transformatory oraz przemienniki energoelektroniczne. Dla celów praktycznych konieczne jest dostosowywanie napięcia zasilania do poziomu wymaganego przez odbiornik. Do regulacji poziomu napięcia zmiennego można stosować różnego rodzaju urządzenia. Najprostszym jest zastosowanie autotransformatora. Pozwala on na regulację napięcia od zera do wartości większych od napięcia znamionowego. Należy pamiętać, że autotransformator nie stwarza przerwy galwanicznej pomiędzy swoim uzwojeniem pierwotnym i wtórnym. Dlatego, nawet przy nastawionej wartości napięcia na jego zaciskach 0V, stwarza on realne zagrożenie porażeniem prądem elektrycznym. a) b) U1 U1 U 2 U 2 I1 I2 U1 N1 N2 U2 I1 I2 Rys. 1. Autotransformatory. Inną metodą jest zastosowanie transformatorów z odczepami po stronie pierwotnej lub wtórnej. Przełączając odczepy transformatora nastawiamy napięcie wyjściowe. Taka regulacja jest regulacją skokową.

2 Rys. 2. Transformatory z odczepami. Nowoczesne technologie energoelektroniczne dają nam możliwość regulacji częstotliwości i amplitudy napięcia zmiennego za pośrednictwem falowników. Po wcześniejszym wyprostowaniu napięcia, następuje jego ponowna zamiana na napięcie przemienne z wykorzystaniem kluczy energoelektronicznych. Aby uzyskać napięcie najbardziej zbliżone do sinusoidalnego, stosuje się metodę regulacji PWM (z wykorzystaniem regulacji szerokości impulsów). Rys. 3. Falownik napięcia. Rys. 4. Zasada regulacji napięcia z zastosowaniem metody PWM.

3 Jeżeli dysponujemy niezależnym generatorem synchronicznym, możliwa jest również regulacja napięcia zmiennego za pomocą jego prądu wzbudzenia Niezależnie od wspomnianych układów regulacji, napięciem zmiennym możemy regulować, podobnie jak stałym, z wykorzystaniem regulatorów rezystancyjnych. Jednak są one od nich znacznie mniej korzystne ze względu na straty energii elektrycznej. W niniejszym ćwiczeniu zajmiemy się najprostszymi układami regulacji - układami opartymi na autotransformatorach oraz na odczepach transformatorów. Działanie falownika może zostać przedstawione i przeanalizowane na podstawie symulacji komputerowej. Pomiaru napięcia zmiennego dokonujemy woltomierzem elektromagnetycznym lub cyfrowym nastawionym na zakres pomiarowy prądu zmiennego. 3. Program ćwiczenia: a. Pomiar napięcia przemiennego. Dla 3 różnych wartości napięcia wyjściowego autotransformatora dokonać pomiaru napięcia oraz wyznaczyć błąd względny i bezwzględny pomiaru napięcia: a) Woltomierzem laboratoryjnym (przyrząd analogowy). b) Multimetrem (przyrząd cyfrowy). a) Typ woltomierza analogowego... Wykonać trzy pomiary napięcia na wybranym zakresie pomiarowym. Lp. U N [V] α max [dz] C V [V/dz] α[dz] U[V] kl.dokł. U[V] δu[%] Obliczenia: Stała podziałki woltomierza Wartość mierzonego napięcia C V = U N /α max U = C V α Błąd bezwzględny pomiaru napięcia woltomierzem analogowym U ±(klasa U N )/100 Błąd względny pomiaru napięcia woltomierzem analogowym δu = ±( U/U) 100

4 Jaki jest wpływ wartości mierzonego napięcia na błędy popełniane przyrządem analogowym? b) Typ woltomierza cyfrowego... Wykonać po trzy pomiary napięcia na dwóch wybranych zakresach pomiarowych. Lp. U N [V] U[V] kl.dokł. U[V] δu[%] ' ' '..... Obliczenia: Błąd bezwzględny pomiaru napięcia woltomierzem cyfrowym Błąd względny pomiaru napięcia woltomierzem cyfrowym U = ± a % wskazania + b δu = ±( U/U) 100 Wartości współczynników a i b należy wyszukać w dokumentacji technicznej danego przyrządu. Jaki jest wpływ wartości mierzonego napięcia na błędy popełniane przyrządem cyfrowym? b. Regulacja napięcia autotransformatorem. Wyznaczyć zależność napięcia wyjściowego w funkcji położenia suwaka autotransformatora U = f(x). Schemat układu pomiarowego jak w pkt.1. X[%] U[V].....

5 c. Regulacja napięcia odczepami transformatora. Wyznaczyć zależność napięcia wyjściowego w funkcji wybranego odczepu transformatora Schemat układu pomiarowego jak na rys. 2. Nr odczepu U[V] Opracowanie ćwiczenia: a) Omów błędy występujące przy pomiarach napięcia różnymi miernikami. Jak zachowują się poszczególne mierniki. Jak zmieni się wskazanie miernika cyfrowego przy chwilowym odłączeniu analogowych? b) Porównaj dokładność pomiarów wykonanych za pomocą różnych mierników i dokładność tych samych mierników przy różnych zakresach pomiarowych. c) Porównaj pomiary wykonane woltomierzami: analogowym i cyfrowym. d) Jaki jest wpływ położenia suwaka na wartość napięcia wyjściowego z autotransformatora? e) Jaki jest wpływ wybranego odczepu transformatora na wynik pomiaru?