Mikroprocesorowy tester zabezpieczeń 1 Celem ćwiczenia jest zapoznanie z funkcjami i obsługą mikroprocesorowych testerów zabezpieczeń na przykładzie układu MPF300. 1 OPIS URZĄDZENIA MPF 300 1.1 OPIS OGÓLNY URZĄDZENIA MPF-300 jest trójfazowym urządzeniem do laboratoryjnego i przenośnego sprawdzania układów automatyki elektroenergetycznej oraz wszelkich innych układów wymagających sygnałów napięcia i prądu o regulowanej amplitudzie i kącie fazowym. Aparat moŝe współpracować z komputerem PC poprzez łącze RS-232, co umoŝliwia zadawanie przebiegów wymuszających o programowalnym kształcie i czasie trwania, jak równieŝ rejestrację odpowiedzi badanego układu. Wzmacniacze prądowe i napięciowe posiadają pełne zabezpieczenia zwarciowe oraz przeciąŝeniowe. Urządzenie wyposaŝone jest w: trójfazowy, mikroprocesorowy generator napięć i prądów sinusoidalnych z moŝliwością ustawiania ich amplitudy oraz przesunięcia fazowego pomiędzy nimi, wzmacniacze sygnałów wyjściowych prądu i napięcia, w pełni zabezpieczone na wypadek nieprawidłowości w połączeniach zewnętrznych, moduł nastawczo pomiarowy zadawanych wielkości, układ pomiaru czasu do 999 s (dokładność 1 ms). Podstawowe parametry techniczne: napięcie zasilające 230V, 50Hz pobór mocy 500VA zakres regulacji napięcia 0-150V, 45 VA max (max prąd 0.3A przy 0-150V) rozdzielczość nastawy napięcia 0.1V zakres regulacji prądu 0-25A, 70 VA max (max napięcie 2.8V przy 0-25A) rozdzielczość nastawy prądu 0.1A zakres regulacji częstotliwości 25-250Hz rozdzielczość nastawy częstotliwości 0.01Hz zakres regulacji kąta fazowego -180 do 179 rozdzielczość nastawy kąta fazowego 1 klasa wzmacniacza wyraŝona w procentach stosunku do jego zakresu - wzmacniacz napięciowy 150V 0.5% (f=50hz, Robc>450Ω) - wzmacniacz prądowy 25A 0.5% (f=50hz, Robc=0...20mΩ) 1.2 BUDOWA I WYPOSAśENIE Urządzenie testujące MPF-300 zmontowane jest w obudowie przystosowanej do przenoszenia. Głównymi modułami funkcjonalnymi testera są: wzmacniacz prądowy WI-25 (25A) wzmacniacz napięciowy WU-150 (150V) układy sterujące i zabezpieczające układ pomiaru czasu panel wyświetlacza i klawiatury Aparat MPF-300 jest urządzeniem wieloprocesorowym. Głównym procesorem, który formuje przebiegi jest wysoko wydajny procesor sygnałowy. Pozostałe procesory zapewniają obsługę
2 wyświetlacza LCD, ochronę wzmacniaczy przed niekorzystnymi warunkami termicznymi lub elektrycznymi (zwarcia, itp.) 1.2.1 Płyta czołowa Na płycie czołowej urządzenia MPF-300 umieszczono (Rys. 1.1): - wyświetlacz LCD, - klawiaturę, - diody sygnalizacyjne, - wejścia strobowania START, STOP Rys. 1.1. Widok płyty czołowej (część sterująca). 1.2.2 Wyświetlacz LCD Informacje pojawiające się w postaci przesuwającego się menu na wyświetlaczu LCD (zawierającego 4 wiersze 20 - znakowe) słuŝą do: wyboru trybu pracy, nastawienia wartości generowanych sygnałów (wartości początkowych, końcowych, szybkości narastania lub opadania, częstotliwości, przesunięcia fazowego), wyboru automatycznego lub ręcznego sposobu zmiany ich amplitudy (narastania lub opadania), wyboru sposobu rozpoczęcia i zakończenia pomiaru czasu, pomiaru wartości skutecznych generowanych prądów lub napięć, pomiaru czasu wg wybranego sposobu wyzwalania, pomiaru częstotliwości generowanych przebiegów prądu lub napięcia, pomiaru kąta przesunięcia fazowego pomiędzy wybranymi przebiegami. Znaczenie symboli specjalnych, ukazujących się na wyświetlaczu testera: - ręczne sterowanie zmianą amplitudy przebiegu - automatyczna zmiana amplitudy przebiegu wg ustalonych parametrów == - wartość wielkości ustalona, nie ulegająca zmianie w czasie próby Tz - czas trwania automatycznej zmiany (narastania lub opadania) amplitudy generowanego przebiegu KaŜdy wybór trybu pracy, nastawienia, sposobu zmiany amplitudy przebiegu wymaga następnie jego zatwierdzenia poprzez naciśnięcie przycisku A (akceptacja). Po akceptacji
3 moŝna przejść do następnego elementu podlegającego nastawieniu w menu. Zakończenie nastawiania danego zestawu wymaga akceptacji symbolu OK. Uwaga: Wskazywane na wyświetlaczu LCD wartości napięcia lub natęŝenia prądów generowanych przebiegów podawane są w wartościach skutecznych (ozn. rms - ang. root-mean-square.) 1.2.3 Klawiatura Opis klawiatury przedstawiono w tabeli 1.1. Tabela 1.1 Funkcje przycisków na panelu czołowym kursory słuŝące do poruszania się po poszczególnych polach w menu oraz zmiany cyfr w nastawianych wartościach parametrów sygnałów A akceptacja dokonanej zmiany nastawienia, wyboru pracy, itp. W powrót do ustawiania zaakceptowanego juŝ parametru. Dwukrotne naciśnięcie przycisku "W" powoduje powrót do głównego menu FA podgląd napięć i prądów na wyjściach poszczególnych wzmacniaczy - aktywny tylko podczas trwania generacji (pomiary mają sens dla f=50hz) Uwaga: nie ma pomiaru napięcia dla wzmacniacza napięciowego i prądu dla wzmacniacza prądowego - w odpowiednich miejscach zawsze wyświetlane są zera FB słuŝy do serwisu technicznego testera - nie dotyczy uŝytkownika 1.2.4 Moduły wyjściowe wzmacniaczy prądowych i napięcia Widok płyty czołowej wzmacniacza napięciowego i prądowego przedstawiony jest na Rysunku 2.2. Wzmacniacze posiadają zaciski wyjściowe, do których podłączany jest badany obiekt oraz diody sygnalizujące obecność napięcia zasilającego, przekroczenie temperatury wzmacniaczy, przekroczenia maksymalnego napięcia na wzmacniaczu prądowym (3V max), przekroczenia prądu obciąŝenia (0.3A max) dla wzmacniacza napięciowego oraz zwarcie wzmacniacza napięciowego ( > 0.5A RMS). Rys. 1.2. Widok płyty czołowej wzmacniacza napięciowego i prądowego.
4 1.3 TRYBY PRACY URZĄDZENIA MPF-300 Aparat MPF300 moŝe generować przebiegi o amplitudzie stałej lub monotonicznie zmiennej (narastające lub opadające). Na rysunku 1.3 zdefiniowano podstawowe parametry opisujące generowane przebiegi. Rys. 1.3. Przebiegi generowane przez urządzenie MPF-300. Wartości i sygnały pochodzące od uŝytkownika: Xp (Up lub Ip) - początkowa wartość napięcia (prądu) Xk (Uk lub Ik) - końcowa wartość napięcia (prądu) Tz - zadany czas narostu START - start przyciskiem ST Sygnał St - zewnętrzny sygnał ST (zgodnie z ustawieniami sposobu wyzwalania) STOP (Sp) - stop przyciskiem, lub zewnętrznym sygnałem (SP) Wartości do odczytu dla uŝytkownika: Xz (Uz lub Iz) - zatrzymana wartość napięcia (prądu) Tn - zmierzony czas narostu Tt - zmierzony czas testu
5 1.3.1 Tryb I - U Ten tryb pracy przeznaczony jest do badania zabezpieczeń prądowych, napięciowych, kątowych, admitancyjnych, impedancyjnych oraz częstotliwościowych. W trybie "I - U" definiuje się następujące parametry: wartość napięcia U: 0-150.0V (skok 0.1V) wartość prądu I: 0-25.0A (skok 0.1A) częstotliwość f: 25.00-250.00Hz (skok 0.01Hz) kąt przesunięcia fazowego φ: 0-360ş (skok 1ş) czas narostu Tn: 0-60s(skok 0.1s) W omawianym trybie wartość napięcia i prądu moŝe być: stała (symbol ==), zmienna w czasie (symbol trójkąta - wtedy naleŝy podać wartość początkową i końcową oraz czas narostu Tn) zmieniana ręcznie (symbol "rz" - w tym trybie nie ma moŝliwości ustawienia automatycznego najazdu drugiej wielkości) Po ustawieniu Ŝądanych parametrów generowanego przebiegu najeŝdŝamy za pomocą kursorów na symbol "OK" (zaczyna on pulsować) i naciskamy przycisk "A". Powoduje to przejście do ekranu testu gdzie wyświetlana jest informacja o oczekiwaniu na naciśnięcie przycisku "ST" co spowoduje rozpoczęcie generowania zadanych przebiegów. Naciśnięcie podczas trwania testu przycisku "FA" spowoduje przejście do ekranu podglądu napięcia na wzmacniaczu prądowym i prądu na wzmacniaczu napięciowym. UWAGA: Wartości "0" wyświetlane na tym ekranie są wartościami nieznaczącymi a nie aktualnymi pomiarami. Pomiary moŝna zakończyć automatycznie (jeŝeli na wejściu STOP wystąpiło zadane zbocze sygnału) lub ręcznie (za pomocą przycisku "SP"). Po zakończeniu pomiarów pojawia się ekran z ich wynikami. Wyświetlane są zmierzone napięcia, prądy, czas narostu, czas testu itp. 1.3.2 Generator W odróŝnieniu od trybu "I- U" w tym przypadku generacja sygnałów następuje bezpośrednio po wybraniu odpowiedniej wartości w menu i nie jest uruchamiana lub zatrzymywana sygnałami zewnętrznymi, doprowadzonymi do zacisków ST lub SP. Rozpoczęcie generacji i jej zatrzymanie moŝliwe jest wielokrotnie, lecz jedynie ręcznie przyciskami ST(START) i SP(STOP). W trybie tym moŝliwe jest ustawienie następujących parametrów: wartość napięcia U: 0-150V (rozdzielczość 0.1V) wartość prądu I: 0-25.0A (rozdzielczość 0.1A) częstotliwość przebiegów U oraz I: 25.00-250.00Hz (rozdzielczość 0.01Hz) kąt fazowy φ: 180ş..+179ş (rozdzielczość 1ş). W trybie tym nie istnieje moŝliwość automatycznej zmiany amplitudy któregokolwiek z parametrów natomiast kaŝdy z nich moŝe być modyfikowany ręcznie (kursorami góra - dół) po wybraniu odpowiedniej wielkości (U, I, f, φ) w menu. 1.3.3 Kontrola PC Wybranie tego trybu powoduje przekazanie kontroli nad urządzeniem do komputera. UmoŜliwia to dostęp do wielu opcji niedostępnych z poziomu pulpitu aparatu MPF-300. Połączenie z komputerem PC umoŝliwia akwizycję zebranych podczas testów danych pomiarowych.
6 2 Przebieg ćwiczenia 2.1 Kontrola dokładności testera wyjścia napięciowe Do wyjścia napięciowego testera przyłączyć woltomierz. Ustawić tester w tryb Generator i zmierzyć wartości napięcia wyjściowego zmieniając wartość generowaną przez tester w zakresie 30-150V (co 10V). Pomiary wykonać dla z obciąŝeniem znamionowym i na biegu jałowym. 2.2 Kontrola dokładności testera wyjścia prądowe Do wyjścia prądowego testera przyłączyć amperomierz. Ustawić tester w tryb Generator i zmierzyć wartości prądu wyjściowego zmieniając wartość generowaną przez tester w zakresie 1 5A (co 0,5A). 2.3 Testowanie przekaźników nadnapięciowych Przygotować układ pomiarowy zgodnie ze schematem z rysunku 2.1. U R 1 U S Tester zabezpieczeń MPF-300 U T U N I R I S I T I N 2 U> REN80 + Start- + Stop- + - 12V= 3 4 Rys. 2.1. Schemat układu do badania przekaźnika napięciowego REN80.
7 Rys. 2.2. Schemat układu do badania przekaźnika napięciowego RET410. Badania przekaźnika naleŝy przeprowadzić: 1. W trybie ręcznym wykorzystując funkcję Generator. NaleŜy wyznaczyć napięcie rozruchu przekaźnika, zwiększając wartość generowanego przez tester napięcia aŝ do pobudzenia przekaźnika. Pomiar powtórzyć 5 razy. 2. W trybie półautomatycznym (U-I) testując przekaźnik napięciem monotonicznie zmiennym. W czasie badań wyznaczyć wartość napięcia rozruchu przekaźnika. Pomiary naleŝy wykonać przy róŝnym czasie narastania: T n = 1, 2, 5, 10, 20, 30 i 60s. Dla kaŝdego z ustawionych czasów narastania pomiary wykonać 3 razy. 3 Zawartość sprawozdania W sprawozdaniu naleŝy umieścić: - schematy pomiarowe, - obliczenia błędu bezwzględnego i względnego wzmacniacza napięciowego testera, - obliczenia błędu bezwzględnego i względnego wzmacniacza prądowego testera, - charakterystyki wzmacniacza napięciowego i prądowego (wartość zmierzona w funkcji wartości ustawionej w testerze), - obliczenia błędu pomiaru wartości rozruchowej w zaleŝności od czasu narastania T n. Jako poprawną wartość napięcia rozruchu naleŝy przyjąć wartość zmierzoną w trybie generator,
8 - charakterystykę zmierzonej średniej wartości rozruchowej przekaźnika, oraz błędu pomiaru wartości rozruchowej, w zaleŝności od czasu narastania T n, U - określić z jaką wartością gradientu napięcia moŝna wykonywać badania napięcia t rozruchu przekaźnika, aby nie prowadziło to do zbyt duŝych błędów pomiaru, - uwagi i wnioski