Pomiary parametrów napięć i prądów przemiennych

Transkrypt

1 Ćwczee r 3 Pomary parametrów apęć prądów przemeych Cel ćwczea: zapozae z pomaram wartośc uteczej, średej, współczyków kształtu, szczytu, zekształceń oraz mocy czyej, berej, pozorej współczyka cosϕ w obwodach prądu przemeego metodą wyzaczaa parametrów a podstawe próbek przebegów apęca prądu

2 . Wstęp Pomary mocy mają stote zaczee we wszystkch procesach techczych, a przede wszystkm w produkcj przemysłowej. Bez dokoywaa pomarów mocy e moża optymale zarządzać zasobam fasowym zarówo zakładów przemysłowych jak gospodarstw domowych. Najważejszą rolę odgrywa zużyce eerg, której koszty staową zaczący procet wydatków. Dlatego wymagay jest dokłady pomar eerg zwłaszcza w przypadku gdy mamy do czyea z ewelkm współczykem mocy cosϕ. Rosąca lczba odborców eerg stawa owe zadaa w jej dystrybucj. W welu przypadkach powoduje to, że klasycze przyrządy aalogowe e są w stae dokoywać żądaych pomarów. Stosowae welu taryf, sprzedaż eerg a zasadze przedpłaty, pomar eerg w przypadku obcążeń o małym współczyku mocy wymaga zmay aparatury pomarowej. W takch przypadkach okazuje sę, że jedyym rozwązaem jest zastosowae przyrządów próbkujących współpracujących z systemem mkroprocesorowym. Możlwośc takego systemu są bardzo rozbudowae a jego koszt, ze względu a coraz ższe cey podzespołów elektroczych a śwece, jest kokurecyjy do tradycyjych rozwązań. Dlatego też warto zapozać sę z zasadą dzałaa takch przyrządów, ch zaletam wadam oraz ograczeam w stosowau.. Podstawy teoretycze Moc czyą w obwodach prądu przemeego określamy jako: P gdze: p(t)u(t) (t) - moc chwlowa u(t), (t) - wartośc chwlowe apęca prądu - okres apęca prądu 0 p( t) dt Warto przypomeć wyrażee a wartość uteczą apęca: oraz wartość uteczą prądu: 0 0 u dt dt () () (3) Zatem moc pozora wyraz sę zależoścą; moc bera; współczyk mocy; a eerga: Q S (4) S P (5) cos ϕ P S (6) AP t (7)

3 Wzory są słusze kedy operujemy a wartoścach chwlowych sygałów susodalych apęć prądów. Załóżmy, że w określoych chwlach czasowych dokoalśmy zebraa próbek apęca prądu zgode z rysukem. Odstęp pomędzy kolejym próbkam p jest stały określoy w astępujący sposób: P t j+ -t j (8) Rys.. Przebeg prądu apęca z aesoym chwlam próbkowaa sygałów W takm przypadku wartośc chwlowe apęca prądu będą reprezetowae przez kody cyfrowe odpowedo dla apęca: u(t j ) N (t j ) (9) oraz prądu: (t j ) N (t j ) (0) Kedy lczba próbek jest duża to asze zależośc przyjmują astępującą postać: N ( t ) j () N ( t ) u j () P N ( t ) N ( t ) u j (3) Pozostałe welkośc wyzaczamy ze wzorów jak dla wartośc chwlowych.

4 Algorytmy wyzaczaa wartośc uteczej w oparcu o zebrae próbk wymagają określea lczby próbek przypadającej a jede okres sygału. Aby ją wyzaczyć trzeba wyzaczyć chwle przejśca przez 0 sygału z tą samą fazą. Powększoy przebeg w momece przejśca przez 0 pokazay jest a rysuku. p + t - - Rys..Powększoy przebeg sygału w momece przejśca przez 0 Przejśce przebegu przez 0 z dodatą pochodą speła astępujące waruk: >0 ( + - ) ( - - ) (4) Zajdując dwa przejśca przez 0 z dodatą pochodą astępujące po sobe moża wyzaczyć lczbę próbek przypadająca a okres przebegu. Podobe moża wyzaczyć przesuęce fazowe dwóch przebegów porówując o le przesuęte są względem sebe ch przejśca przez 0 z tą samą fazą. 3. Realzacja układowa Przyrząd pomarowy dzałający w oparcu o podaą metodę pomaru powe posadać astępujące elemety: - obwody wejścowe dostosowujące pozom sygałów do dalszych elemetów toru przetwarzaa sygału - układy próbkująco - pametające do zberaa próbek sygału w określoych chwlach czasowych - multplekser aalogowy przetwork aalogowo - cyfrowy lub też klka przetworków aalogowo - cyfrowy multplekser cyfrowy do przetwarzaa kolejych welkośc aalogowych w kod - system procesorowy wyzwalający w odpowedm momece przetwork próbkująco - pamętające, sterujący przetworkem aalogowo - cyfrowym oraz oblczający wyk prezetujący go a wyśwetlaczu Przykładowa realzacja takego układu jest przedstawoa a rysuku 3. + zapamętae wartośc chwlowej apęca u(t) (t) Obwód wejścowy Obwód wejścowy kład próbkująco pamętający kład próbkująco pamętający Multplekser (aalogowy) wybór kaału do przetwarzaa zapamętae wartośc chwlowej prądu gotowy Rys. 3. Schemat blokowy watomerza próbkującego A/C up Wyśwetlacz start

5 4. Błędy pomarowe W przypadku opsywaej metody mamy do czyea ze źródłam błędów po stroe aalogowej cyfrowej. W częśc aalogowej błędy mogą powstawać w układze kodycjoowaa sygału oraz układach próbkująco - pamętających, przy czym bardzo waże jest tu jedoczese zberae próbek. Duży wpływ a dokładość pomaru ma rozdzelczość przetworka aalogowo - cyfrowego, jest to szczególe stote dla małych sygałów merzoych (wtedy e jest wykorzystywaa peła rozdzelczość przetworka). Oczywśce dokładość samego przetworka a w przypadku osobych przetworków dla sygału reprezetującego apęce prąd też ma zaczee. Mejsze zaczee mają błędy zaokrąglaa wyku oblczeń umeryczych merzoych wartośc. Jedym z ważejszych zagadeń przy źródle błędów jest lczba próbek. Jeżel jest zbyt mała wyk będze mał ewele wspólego z rzeczywstoścą. Szczególe waże jest to w przypadku przebegów odkształcoych. 5. Ops staowa pomarowego Watomerz próbkujący zbudoway jest z przystawk kodycjoującej sygały pomarowe, karty pomarowej oraz systemu komputerowego wraz z odpowedm oprogramowaem. Zadaem przystawk kodycjoującej sygały do wejśca karty pomarowej jest: - dostosowae parametrów rodzaju sygału do pozomów dopuszczalych przez kartę pomarową - separacja galwacza obwodu, w który dokoyway jest pomar od wejść karty pomarowej systemu komputerowego - zabezpeczee wejść karty pomarowej przed przekroczeem dopuszczalych pozomów sygału Karta pomarowa dyspouje wejścam apęcowym, dlatego wszystke merzoe sygały musza być przetworzoe a sygał apęcowy o odpowedm pozome. W torze prądowym apęce z boczka R B proporcjoale do przepływającej wartośc prądu podawae jest a wejśce wzmacacza zolacyjego o ustaloym wzmoceu 5V/V. Na wyjścu otrzymyway jest sygał apęcowy proporcjoaly do wartośc prądu dostosoway pozomem do wejśca karty pomarowej. W torze apęcowym sygał z dzelka apęca R D, R D podaway jest a wejśce drugego wzmacacza zolacyjego pracującego jako wtórk (czyl posadającego wzmocee V/V) dzęk czemu apęce a wyjścu jest proporcjoale do apęca wejścowego e przekracza dopuszczalego apęca wejścowego karty pomarowej.

6 AD0 R B 30V R D ZASLACZ AD0 R D Rys 4. proszczoy schemat wewętrzy przystawk kodycjoowae sygałów do wejść karty pomarowej W ćwczeu została użyta karta pomarowa Natoal strumets SB Posada oa 4 różcowe wejśca aalogowe z rozdzelczoścą btów (dfferetal) lub 8 wejść aalogowych przetwarzających z rozdzelczoścą btów pracujących jako pojedycze (sgle eded). żyte są przetwork z sukcesywą aproksymacją o maksymalej szybkośc 0000 próbek/s. Oprócz przetworków A/C a karce są dwa btowe przetwork C/A a także uwersalych wejść wyjśca cyfrowe oraz 3 btowy lczk. Charakterystyka edokładośc przetworków A/C została opsaa przez produceta w sposób jak podaje tabela. abela. Nedokładość wejść aalogowych modułu Natoal strumets SB-6008 Oprogramowae jest utworzoe w środowu LabVew. Program realzuje klka etapów. Etap kofguracj: - zadeklarowae zmeych (w tym także lczby próbek) - kofguracja karty pomarowej

7 Etap pomaru - zebrae próbek do zadeklarowaego wcześej bufora - przelczee daych do wartośc reprezetujących wartość prądu apęca - wylczee pozostałych welkośc - prezetacja wyków pomaru a ekrae Program pracuje w trybe o-le czyl zmerzoe oblczoe wartośc są od razu prezetowae a ekrae. 6. Szczegółowy program pomarów L 30V kład kodycjoowaa Odbork N SB-6008 SB Komputer PC Rys. 5. Schemat staowa pomarowego 6.. Do programu zberającego chwlowe próbk apęca, prądu oraz mocy dopsać algorytm wyzaczający wartość uteczą apęca prądu z wartośc chwlowych oraz wartość średą mocy (moc czyą P). Jako lczbę próbek we wzorach przyjąć początkowo lczbę wszystkch zebraych próbek, a astępe lczbę próbek przypadającą a jede okres przy założeu częstotlwośc sec 50Hz (częstotlwość próbkowaa wyos 5kHz). 6.. Rozbudować algorytm o wyzaczae mocy pozorej S, mocy berej Q oraz współczyk mocy cosϕ wyzaczay w oparcu o wartość mocy czyej P pozorej S tworzyć algorytm wyzaczaa rzeczywstej wartośc częstotlwośc przebegu w oparcu o wyzaczee mejsc przejśca przez 0 z dodatą pochodą przebegu. Zmoderzować algorytm z puktu 6. aby wykorzystywał rzeczywstą wartość próbek przypadającą a jede okres sygału wyzaczał teresujące as welkośc w oparcu o próbk zajdujące sę w tym przedzale Rozbudować program o wyzaczae przesuęca fazowego w oparcu o przesuęce puktów przejśca przez 0 przebegu apęca prądu. 7. Lteratura Wsew A. "Algorytmy pomarów cyfrowych w automatyce elektroeergetyczej" WN Warszawa 990