Určování parametrů elektrického obvodu v MS Excelu

Transkript

1 XX. AS 003 Semnar nstrments and ontrol Ostrava May rčování parametrů elektrckého obvod v MS Ecel OSÁG etr 1 SAÍK etr 1 ng. h.. Katedra teoretcké elektrotechnky-449 ŠB-T Ostrava 17. lstopad Ostrava - orba petr.orsag.@vsb.cz sla6@vsb.cz Abstrakt: říspěvek popsje programovo aplkac vytvořeno v MS Ecel která možňje rčt parametry elektrckého obvod v stáleném stav a měřt čové průběhy elektrckých velčn napětí a prodů. arametry sérového odpor ndkčnost nverzní kapact nebo paralelního vodvost G kapact nverzní ndkčnost model obvod jso počítány na perodě naměřených průběhů napětí a prod procedram napsaným ve sal Bc for Applcatons BA. Stanovené parametry jso konstantním koefcenty ntegrodferencální rovnce model obvod. šeobecně rozšířené prostředí MS Ecel je požto pro zpracování a vzalzac čových průběhů a výsledků. Měřené napětí a prod jso zaznamenávány číslcovým oscloskopem TS 40 fy Tektron a přenášeny do počítače přes GB rozhraní. arametry obvod jso stanovovány novo metodo vytvořeno na Katedře teoretcké elektrotechnky FE ŠB T Ostrava. Na rozdíl od klcké metody rozklad do Forerovy řady nová metoda vyhodnocje všechny tř obvodové parametry a poskytje korektní hodnoty výkonů př deformovaných neharmonckých průbězích elektrckých velčn. Tato metoda navíc možňje stdm elektromagnetckých jevů. Klíčová slova: MS Ecel parametry model obvod neharmoncký průběh napětí prod 1 Úvod rámc tvůrčího rozvoje stdentů zapojených do práce vědeckého kolektv aboratoře dagnostky výkonů př katedře teoretcké elektrotechnky FE ŠB T Ostrava je vyvíjena výková aplkace v prostředí MS Ecel s nteraktvním rozhraním pro zpracování neharmonckých průběhů měřených elektrckých velčn na základě metodky vypracované na Katedře teoretcké elektrotechnky FE ŠB T Ostrava. harakterstka aplkace yvíjená aplkace v programovém prostředí MS Ecel s názvem Obvarz.ls je rčena pro stdenty předmětů teoretcké elektrotechnky a předmět Teore výkonů. Jejím prostřednctvím se moho stdent praktcky seznámt a s osvojt nové poznatky v oblt zpracování neharmonckých průběhů elektrckých velčn v běžně dostpném programovém prostředí fy Mcrosoft. Aplkace počítá obvodové parametry mtance mpedance nebo admtance efektvní hodnoty a výkony měřeného obvod včetně jejch složek a provádí verfkac náhradního model obvod. ále možňje vyčítat zaznamenané průběhy naměřených elektrckých velčn z dgtálního oscloskop TS40 vzalzovat a stdovat elektromagnetcké jevy měřeného obvod elektrckého zařízení. Aplkac tvoří lsty ata a ýpočty formláře Ntavení a TS40 a samostatné grafy Test nearty Složky a Složky p. pracování naměřených průběhů elektrckých velčn ntavení zobrazovaných hodnot č jednotek provádějí podprogramy a fnkce napsané v programovacím jazyce BA pomocí jeho natvních ovládacích prvků. Algortmy nmercké

2 XX. AS 003 Semnar nstrments and ontrol Ostrava May matematky požté pro vyčíslení hodnot velčn a parametrů obvod vyžívají dalty pops sérového a paralelního zapojení elektrckého obvod na obr. 1. áps dálních velčn a parametrů obvod je v tet rozlšován znakem. Obr. 1 Sérové a paralelní zapojení náhradního model obvod pro měřené napětí a prod 3 sty aplkace zhled prvního lst ata je zobrazen na obr. fnkce jeho aktvních prvků a ndkátorů jso vedeny v Tab. 1. Obr. st ata

3 XX. AS 003 Semnar nstrments and ontrol Ostrava May Mmo ovládací prvky jso na tomto lst zobrazeny po načtení soborů naměřených elektrckých velčn: ve slopc A pořadová čísla vzorků n ve slopc B čové okamžky vzorkování t ve slopc okamžté hodnoty vzorků ve slopc okamžté hodnoty vzorků a graf s čovým průběhy načteného dgtalzovaného napětí a prod. Symbol NA ndkátorů v Tab. 1 označje předvoleno nedefnovano hodnot. Tab 1: Aktvní prvky a ndkátory lst ata rvek [název prvk] Fnkce Ntavení [příkazové tlačítko] vyvolání formláře Ntavení TS40 [příkazové tlačítko] vyvolání formláře TS40 Načt sobory [příkazové tlačítko] načtení ložených bnárních soborů naměřených elektrckých velčn; pořadí výběr velčn závsí na zvoleném typ obvod 1. v pořadí se vždy načítá společná velčna model obvod na -: nebo ta s: [tetové pole a zadávání počátečního čísla vzork nebo počátečního pole se seznamem] čového okamžk perody společné velčny ze seznam pole; přepínání výběr n a nebo t a se provádí klkntím do oblt pops tetového pole nb -: nebo tb s: [tetové pole a pole se seznamem] ymaž [příkazové tlačítko] etal [příkazové tlačítko] elý záznam [příkazové tlačítko] ypočt >> [příkazové tlačítko] očet vzorků -: NA [tetové pole] zorkovací frekvence khz: NA [tetové pole] očáteční okamžk zobrazení s: NA [tetové pole] NA [tetové pole] NA[tetové pole] zadávání koncového čísla vzork nebo koncového čového okamžk perody společné velčny ze seznam pole; přepínání výběr n b nebo t b se provádí klkntím do oblt pops tetového pole vymazání dat lstů a grafů aplkace zobrazení načtených průběhů elektrckých velčn na čovém nterval t a t b zobrazení celého záznam načtených průběhů elektrckých velčn ncalzace výpočetních algortmů a přechod na lst ýpočty není-l korektně zvolena peroda průběh společné velčny aplkace zobrazí nteraktvní zpráv ndkátor počt vzorků sobor elektrckých velčn ndkátor vzorkovací rychlost naměřených průběhů elektrckých velčn ndkátor počátečního čového okamžk zobrazení jeho hodnota odpovídá plynlém č od spštění daného sběr dat oscloskopem název načteného sobor s průběhem napětí název načteného sobor s průběhem prod zhled drhého lst ýpočty je zachycen na obr. 3. říkazová tlačítka zajšťjí přechod na příslšný lst nebo graf aplkace. odle typ zvoleného náhradního model elektrckého obvod vz formlář Ntavení jso na tomto lst zobrazeny značky jednotky a nmerckým metodam vypočtené hodnoty naměřených střídavých perodckých průběhů napětí a prod s perodo T vymezeno čovým ntervalem t a t b nebo vzorky n a n b o délce nb na T tb t a f vz kde f vz je vzorkovací frekvence.

4 XX. AS 003 Semnar nstrments and ontrol Ostrava May Obr. 3 st ýpočty ztahy požté pro výpočet hodnot : parametrů G G kde fnkce označje skalární sočn dvo fnkcí a fnkce norm fnkce symbol značí dervac fnkce a symbol ntegrál fnkce s nlovo střední hodnoto mtancí G kterých na tomto lst symbol fnkce zdůrazňje že vypočtená hodnota je zobrazena v absoltní hodnotě G

5 XX. AS 003 Semnar nstrments and ontrol Ostrava May efektvních hodnot G T T G G G G přčemž srovnáním hodnot a nebo a se provádí kontrola správnost vypočt lnearzovaných hodnot parametrů obvod aktvní výkonů zdánlvý zdánlvý G reaktvní T G G G. ro srovnání jso na tomto lst zobrazeny značky jednotky a vypočtené hodnoty základních harmonckých složek elektrckých velčn označených se vzájemným fázovým posnem ϕ vypočtených podle následjících vztahů : efektvní hodnoty a 1 T T mtance 1 1 a reaktance nebo ssceptance X B 1 1 snϕ B sn X ϕ parametry G 1 cosϕ G cosϕ zdánlvý výkon S čnný výkon a jalový výkon S 1

6 XX. AS 003 Semnar nstrments and ontrol Ostrava May S 1 cosϕ 1 sn ϕ S čntele celkového harmonckého zkreslení TH napětí a prod na základě vztah TH % kde je efektvní hodnota a efektvní hodnota základní harmoncké složky napětí nebo prod. ypočtené hodnoty s výjmko čntelů celkového harmonckého zkreslení zobrazené na lst ýpočty jso počítány z fltrovaných průběhů naměřeného napětí a prod a zobrazeny na šest platných cfer. Fltrace je provedena dolnopropstním F fltrem zvoleného řád s Hammngovým oknem a normovano Nyqstovo frekvencí s ohledem na nmercké dervace elektrckých velčn požté pro vyčíslení hodnot parametrů obvod a charakter měřených průběhů napětí a prodů v techncké pra. Ntavení parametrů fltr se provádí vyvoláním formláře příkazového tlačítka Ntavení. Šest platných cfer je záměrně zvoleno kvůl správném vyčíslení hodnot čntelů celkového harmonckého zkreslení. ř malých odchylkách efektvních hodnot a a menším počt zobrazovaných platných cfer by se totž kldně mohlo stát že hodnota čntele celkového harmonckého zkreslení TH bde nlová což však neodpovídá realtě. Navíc když čové průběhy elektrckých velčn měříme s jsto chybo je tato chyba vlvem podíl efektvních hodnot ve vztah pro TH elmnována jelkož velkost této chyby př malých odchylkách efektvních hodnot a je praktcky shodná. 4 Formláře aplkace Formlář Ntavení zobrazený na obr. 4 složí k volbě typ náhradního model měřeného obvod ntavení parametrů načítání soborů optmalzac pops os grafů a jednotek zobrazovaných velčn a parametrů obvod škálování a ntavení parametrů F fltr pro fltrac načítaných elektrckých velčn. Řád základní harmoncké odpovídá kmtočt základní harmoncké složky napětí a prod podle zvolené délky čového nterval t a t b. Obr. 4 Formlář Ntavení

7 XX. AS 003 Semnar nstrments and ontrol Ostrava May Formlář TS40 zobrazený na obr. 5 vyžívá kromě natvních ovládacích prvk BA pro komnkac mez a číslcovým oscloskopem TS40 přes GB rozhraní a vzalzac naměřených průběhů v tomto formlář ActveX prvky Merement Stda fy Natonal nstrments jmenovtě prvky WGB a WGraph. Formlář obsahje poze mnmální počet ovládacích prvků nezbytných pro vyčtení zobrazení ložení vzorkovaných průběhů do bnárních soborů s mplctní přípono.osd nebo pro eport vyčtených dat z 1. a. kanál do lst ata mplctní přípona naměřítkovaných.osd soborů je.cad. Obr. 5 Formlář TS40 5 Grafy aplkace graf Test lnearty na obr. 6 jso znázorněny vypočtené čové průběhy stanovené sperpozcí složek elektrckých velčn podle ntegro-dferencálních rovnc popsjících chování obvodů na obr. 1 G G a naměřené čové průběhy. Čový průběh rozdíl - - dává nformac o výsledk test lnearty obvod - lneární obvod nelneární obvod. graf Složky Složky na obr. 7 jso vyneseny vypočtené čové průběhy složek elektrckých velčn G a v graf Složky p na obr. 8 vypočtené čové průběhy složek okamžtých výkonů p p p G p p p p p vypočtených podle rovnc :

8 XX. AS 003 Semnar nstrments and ontrol Ostrava May Obr. 6 Graf Test lnearty Obr. 7 Graf Složky

9 XX. AS 003 Semnar nstrments and ontrol Ostrava May p p p p p p p p G G G p p p p p p p p p. Obr. 8 Graf Složky p 6 ávěr Aplkace Obvarz.ls je vhodná nejen pro výkové účely ale pro epertní poszování neharmonckých průběhů elektrckých velčn. ožtá metoda možňje rčt z jedné dvojce měřených střídavých perodckých čových průběhů napětí a prod všechny tř parametry náhradního sérového nebo paralelního model obvod tj. odpor vodvost G ndkčnost kapact a nverzní kapact nverzní ndkčnost a korektně stanovt výkony měřeného obvod což doposd požívané metody na základě vyhodnocení stálených průběhů elektrckých velčn nemožňjí. Klcká metoda pops střídavých perodckých neharmonckých obvodů pomocí symbolckého počt s rozkladem čových průběh napětí a prod pomocí Forerovy řady možňje stanovt poze parametry G a reaktanc X ssceptanc B obvod pro jedn harmoncko složk kmtočt elektrcké velčny. Nová metoda navíc možňje stdm elektromagnetckých jevů měřeného obvod elektrotechnckého zařízení jelkož na základě vypočtených hodnot obvodových parametrů můžeme stanovt okamžté hodnoty složek napětí nebo prod náhradního model obvod a tdíž okamžté výkony elektromagnetckého pole. Korektnost vypočtených hodnot tří obvodových parametrů se poszje na základě jejch znamének a soladem okamžtých test lnearty efektvních hodnot složek elektrckých

10 XX. AS 003 Semnar nstrments and ontrol Ostrava May velčn s Krchhoffovým zákony. Jso-l všechna tř znaménka vypočtených hodnot parametrů kladná je model měřeného obvod fyzkálním modelem. Je-l alespoň jedno znaménko vypočtených hodnot parametrů obvod záporné je model obvod poze matematcký. ozhodne-l test lnearty o tom že hodnoty vypočtených parametrů jso poze lnearzované můžeme korektně pracovat poze s efektvním hodnotam elektrckých velčn a středním hodnotam výkonů aktvní W reaktvní var zdánlvý A. Odlšný způsob pojmenování a označení výkonů jsme zvoll s ohledem na potřeb rozlšení výkonů v obvodech s neharmonckým průběhy elektrckých velčn od obvodů s harmonckým průběhy nchž se konvenčně požívá pro označení čnného výkon písmeno W jalového výkon var a zdánlvého výkon S A. avedené označení složek výkonů ale napětí nebo prodů a mtancí rozlšovaných ndey je navzájem konzstentní lší se poze označením velčny malá písmena a p okamžté hodnoty velká písmena hodnoty efektvní a výkony a je rovněž v solad s meznárodním soborem norem E 7 ísemné značky požívané v elektrotechnce. když aplkace možňje přímo měřt průběhy elektrckých velčn dgtálním oscloskopem TS40 ne každý počítač je vybaven GB rozhraním. tohoto důvod je aplkace doplněna vhodně vybrano databází elektrckých velčn naměřených v elementárních pvních obvodech napájených z sítě TN Na průbězích dvojc napětí a prod databáze se moho stdent seznámt s možnostm nové metody a ověřt s poznání že v lneárních obvodech nízkého napětí může být průběh prod v závslost na hodnotách obvodových parametrů značně neharmoncký vlvem narůstajícího zkreslení napětí v napájecích sítích. Novo metod lze platnt v dynamce kdy napětí odpovídá síla F a prod rychlost v. olba prostředí MS Ecel nebyla náhodná jelkož toto prostředí je všeobecně rozšířené a tdíž dostpné. Jeho předností je snadná ovladatelnost rozsáhlý počet natvních fnkcí a objektů a především programovací jazyk BA provázaný s operačním systémy fy Mcrosoft. Nejblžším záměrem našeho řeštelského kolektv je doplnění aplkace o vypočtené hodnoty a čové průběhy energí vektorové dagramy měřených obvodů a posození vlv dgtalzace na přesnost stanovení náhradních parametrů obvod. Tento článek vznkl díky podpoře grant FŠ č teratra BOŽ M. BOŽOÁ. MOKES. : Mstrovství v Mcrosoft Ecel 97 ompter ress SBN SOTT. F. : elká knha programování v Offce 000 ompter ress SBN : OSÁG. SAÍK. : ávěrečná zpráva projekt fond rozvoje vysokých škol č Nové metody zpracování neharmonckých průběhů měřených elektrckých velčn ŠB-T Ostrava 1 stran.