Ćwiczenie 3. Numeryczna analiza przebiegów
Transkrypt
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