Ćwiczenie 3. Numeryczna analiza przebiegów

Pomiary i modelowanie w elektronice mocy
Ćwiczenie 3. Numeryczna analiza przebiegów
opracowanie: Łukasz Starzak
Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych Politechniki Łódzkiej, 2011
Pomiary
1. Oscyloskop.
■ Ch1 – napięcie sondą Testec 100:1 (kolor czerwony)
■ Ch2 – prąd sondą prądową TCP312 przez wzmacniacz TCPA300
■ Wyzwalanie Ch1 poziom 0 V.
■ Skonfigurować wzmacniacz i oscyloskop zgodnie z dodatkowymi instrukcjami (mierzone
prądy nie przekroczą 1 A). Rozmagnesować sondę prądową.
2. Układ elektronicznego statecznika lampy fluorescencyjnej.
■ Przed włączeniem do sieci upewnić się, że jest wyłączony (przełącznik na panelu górnym).
■ Umieścić bananki pomiarowe w pkt. A i B.
■ Włączyć do sieci.
■ Przełączniki z tyłu na brak izolacji (uwaga – nie dotykać wyprowadzeń kiedy układ jest
włączony!)
■ Włączyć układ przełącznikiem na panelu górnym.
3. Przyłączyć sondy do układu tak, aby mierzyć napięcie i prąd wejściowy.
○ Napięciowa: masa przez dostępny przedłużacz z większym krokodylkiem – do bolca PE
w gnieździe sieciowym; gorąca – pkt A lub B zależnie od tego gdzie zostanie stwierdzone
napięcie fazowe.
■ Prądowa – na przewodzie z tyłu obudowy w takim kierunku, by prąd był w fazie z
napięciem.
4. Oscyloskop.
■ Podstawa czasu – min. 5 okresów.
■ Włączyć uśrednianie ze względu na przebieg prądu: Acquire > Average; Averages –
najmniejsza wartość, która daje ciągły, gładki przebieg prądu.
5. Zarejestrować przez komputer.
a) Jako dane liczbowe: Waveform Data Capture (zaznaczyć oba kanały) jako CSV.
b) Aby można było stwierdzić prawdopodobieństwo uzyskiwanych wyników – jako zrzut ekranu:
Screen Capture.
6. Wyłączyć układ. Przełącznikami z tyłu włączyć transformator separacyjny.
7. Oscyloskop – wyłączyć uśrednianie: Acquire > Sample.
8. Przełączyć sondy tak, aby mierzyć napięcie i prąd wyjściowy (lampy fluorescencyjnej).
■ Napięciowa: masa – pkt H; gorąca – pkt F (nie odwrotnie, gdyż to pkt H ma w miarę stały
potencjał, zaś F przełącza się z wysoką częstotliwością – uziemianie takiego punktu zawsze
może rodzić problemy związane z przepływem prądów przez pasożytnicze sprzężenia
pojemnościowe i indukcyjne)
■ Prądowa: −ifl (w drugim kierunku aby zgodnie z regułami strzałkowania był przeciwny do
mierzonego napięcia) = iG − iH (należy zapiąć sondę na obu przewodach w odpowiedni
sposób, biorąc pod uwagę strzałki na obudowie układu i na sondzie). Ostatecznie prąd
powinien być w fazie z napięciem.
PMEM 2011
18
9. Włączyć układ.
10. Oscyloskop.
■ Podstawa czasu – na powrót min. 5 okresów.
■ Poziom wyzwalania – maksymalny, przy którym układ się wyzwala (stabilny obraz
względem osi czasu).
11. Zarejestrować jak w pkt. 5.
12. Wyłączyć układ i odłączyć od sieci (wtyczka). Odłączyć sondę prądową, napięciową i przedłużacz
uziemienia.
Rys. 1. Schemat wewnętrzny układu bazowego z zaznaczeniem wyprowadzeń pomiarowych
Programowanie
Należy skorzystać z pakietu Scilab lub Octave.
1. Napisać funkcję wczytującą dane z pliku CSV z programu OpenChoice Desktop do macierzy.
2. Napisać funkcję obliczającą wartość skuteczną przebiegu z definicji – całkowanie numeryczne.
■ Przetestować na napięciu wejściowym (sieci) – ok. 230 V.
3. Napisać funkcję obliczającą widmo przebiegu za pomocą FFT.
■ Ostateczny wynik powinien być przeskalowany do rzeczywistych wartości amplitud w
woltach. Zwrócić uwagę na składową stałą.
■ Wyniki powinien zawierać nie tylko amplitudy, ale również fazy.
■ W osobnej kolumnie należy umieścić rzeczywiste wartości częstotliwości poszczególnych
składowych.
■ Przetestować na napięciu wejściowym (zawartość macierzy i wykreślić słupki w funkcji
częstotliwości) – głównie składowa podstawowa 325 V.
4. Napisać funkcję obliczającą wartość skuteczną przebiegu z widma Fouriera.
■ Wzór: PiUM instrukcja 0.
■ Przetestować na napięciu wejściowym.
■ Zastosować do napięcia wyjściowego.
PMEM 2011
19
5. Dostosować funkcję obliczającą widmo tak, aby wykrywała całkowitą liczbę okresów.
■ Dla uproszczenia można założyć, że wszystkie analizowane przebiegi są przemienne i
przecinają poziom zera 2 razy na okres, raz zboczem narastającym, drugi raz opadającym –
pozwoli to zastosować prostą metodę czasową z detekcją przejścia przez zero.
■ Przetestować na napięciu wejściowym, czy wynik jest wciąż taki sam.
■ Obliczyć wartość skuteczną napięcia wyjściowego i porównać z poprzednio uzyskanym.
■ Zastosować do prądu wejściowego i wyjściowego. Sprawdzić, czy wynik jest
prawdopodobny na wyjściu – porównać z wynikiem dla sinusoidy (/√2) na podstawie
odczytanej z oscylogramu amplitudy tego przebiegu.
6. Napisać 2 wersje funkcji obliczającej moc czynną na podstawie 2 przebiegów podanych jej jako prąd
i napięcie.
a) Z definicji – całkowanie numeryczne mocy chwilowej.
b) Na podstawie widma Fouriera
■ Wzór: PiUM instrukcja 0.
■ Konieczne będzie wykorzystanie również informacji o fazie.
c) Porównać.
■ Sprawdzić, czy obie wersje dają ten sam wynik na wejściu i wyjściu.
■ Zmierzyć i porównać czasy wykonania (w Scilabie można do tego celu użyć funkcji tic i toc).
Jeżeli są bardzo krótkie, należy powtórzyć wykonanie w pętli np. 10 razy.
7. Napisać funkcje obliczające współczynnik mocy i sprawność układu.
■ Skorzystać wyłącznie z opracowanych funkcji w wersji widmowej (nie czasowej).
■ Zastosować do badanego układu.
Opracowanie wyników
W sprawozdaniu należy zawrzeć:
▷ uzyskane oscylogramy w postaci graficznej,
▷ kody stworzonych funkcji,
▷ sposób zastosowania do posiadanych danych (jakie komendy wpisujemy),
▷ wyniki świadczące o poprawności działania funkcji (odpowiedź funkcji, w tym wykres widma;
odniesienie do oczekiwanych we wskazanych wyżej przypadkach, gdzie określenie wartości
oczekiwanej jest możliwe),
▷ wyniki uzyskane w pozostałych przypadkach (gdzie nie można określić wartości oczekiwanej).
PMEM 2011
20