ANALIZA FUNCIONRII CIRCUITELOR DE CURENT ALTERNATIV

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ANALIZA FUNCIONRII CIRCUITELOR DE CURENT ALTERNATIV"

Ιόλη Μεταξάς
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 CONFERINA NAIONAL DE INSRUMENAIE VIRUAL CNIV 4 65 ANALIZA FUNCIONRII CIRCUIELOR DE CUREN ALERNAIV conf. dr.ing. VALENIN DOGARU ULIERU Universitatea «Valahia» ârgovite conf. dr.ing.ionel MARCEL Universitatea «Valahia» ârgovite as. drd.ing. ADELA GABRIELA HUSU Universitatea «Valahia» ârgovite conf. dr.ing. SORIN POPESCU Universitatea «Valahia» ârgovite sl. drd.ing. ELENA VARJOGHE Universitatea «Valahia» ârgovite sl. dr.ing. FLORIN SAN Universitatea «Valahia» ârgovite Abstract Conceptul instrumentaiei virtuale vizeaz integrarea tehnicii de calcul în controlul i monitorizarea proceselor industriale, precum i în procesul instruirii i perfecionrii studenilor/personalului. Utilizarea metodelor interactive, urmate de determinri experimentale, reprezint o modalitate de cretere a eficienei activitii prin stimularea interesului fa de nou, dezvoltarea gândirii logice, stimularea imaginaiei i creativitii. LabVIEW Laboratory Virtual Instrument Enginering Workbench este un pachet software, care d posibilitatea realizrii unor aplicaii interactive. Interfaa cu utilizatorul (panou frontal) poate fi uor proiectat s simuleze funcionarea proceselor / instrumentelor reale. Pornind de la facilitile oferite de mediul de programare, în lucrare se prezint o serie de aplicaii specifice comportrii elementelor de circuit în curent alternativ. Cuvinte cheie : instrumente virtuale, LabVIEW, aplicaii interactive. GENERALII Programarea grafic LabVIEW este realizat cu structuri de programe si echipamente hardware asociate unui calculator personal, astfel încât calculatorul funcioneaz ca un instrument proiectat dup cerinele utilizatorului. Programul e diferit de limbajele de programare bazate pe text ( Pascal, C ++ ) deoarece el folosete un limbaj de programare grafic, cunoscut sub numele de limbajul de programare G, ce creeaz programe bazate pe simboluri grafice. Natura sa grafic îl face ideal pentru aplicaii de simulare, testare, msurare, automatizare, controlul instrumentelor, achiziie / analize de date [], [4], [7]. Un IV const din trei elemente principale: un panou frontal, o diagrama bloc i un simbol de identificare / conectare numit icon / conector. Panoul frontal e o interfa grafic folosit pentru prezentarea datelor i introducerea comenzilor; poate fi puternic personalizat de ctre utilizator într-o aplicaie particular.. SIMULAREA FUNCIONRII ELEMENELOR DE CIRCUI ÎN CUREN ALERNAIV.. COMPORAREA REZISORULUI ÎN CUREN ALERNAIV Circuitele electrice de curent alternativ conin elemente pasive (rezistene, inductiviti, capaciti) distribuite sau localizate în anumite puncte ale circuitului [], [], [5], [6]. Considerând c alimentarea circuitului se realizeaz din reeaua de curent alternativ monofazat, având tensiunea u = U sinωti frecvena f=5hz, comportarea acestor elemente va fi studiat cu ajutorul mediului de programare grafic LabVIEW. Dac la bornele unui rezistor (considerat pur rezistiv) se aplic o tensiune alternativ sinusoidal, prin acesta va lua natere un curent alternativ sinusoidal, în faz cu tensiunea aplicat.

66 CONFERINA NAIONAL DE INSRUMENAIE VIRUAL CNIV 4 unde Pentru un circuit pur rezistiv intensitatea curentului electric este u U i = = sinωt = I sinωt R R ( ) U I = R reprezint valoarea efectiv.

2 66 CONFERINA NAIONAL DE INSRUMENAIE VIRUAL CNIV 4 unde Pentru un circuit pur rezistiv intensitatea curentului electric este u U i = = sinωt = I sinωt R R ( ) U I = R reprezint valoarea efectiv. Puterea instantanee este p = u i = UI sin ωt = UI ( cos ωt) iar puterea activ este: P = pdt = u idt = U I ( )!"## $ $ ' & % Fig.. Comportarea rezistorului în curent alternativ panou frontal, diagrama bloc.. COMPORAREA BOBINEI ÎN CUREN ALERNAIV Caracteristic comportrii bobinelor în curent alternativ este faptul c datorit fenomenului de autoinducie, la aplicarea unei tensiuni la bornele circuitului, curentul nu atinge instantaneu valoarea maxim posibil, ci prezint o întârziere (figura ).

3 V. DOGARU ULIERU S.A..: ANALIZA FUNCIONRII CIRCUIELOR DE CUREN ALERNAIV 67 di u = L di = udt i = udt În cazul circuitului inductiv: dt sau L L ;. Pentru o tensiune sinusoidal aplicat la borne, având faza iniial zero rezult: U U π i = U sinωtdt = ( cosωt) = sin( ωt ) = I sin( ωt π ) L ωl ωl ( 3) U unde I = ω L reprezint valoarea efectiv a intensitii curentului electric prin circuit. Puterea instantanee este: π p = u i = UI sinωt sin( ωt ) = UI sin ωt ( 4) ' & %!#! Fig.. Comportarea bobinei în curent alternative: panou frontal, diagrama bloc

4 68 CONFERINA NAIONAL DE INSRUMENAIE VIRUAL CNIV 4 Puterea instantanee este de pulsaie dubl fa de pulsaia tensiunii i poate fi pozitiv sau negativ. Valoarea medie pe o perioad este nul: UI P = u i dt = sin ω tdt = ( 5) Energia consumat într-un sfert de perioad este cedat înapoi sursei în urmtorul sfert de perioad ( W m = L i ). Observaie: În cazul bobinei reale schema echivalent este alctuit din dou elemente montate în serie: partea rezistiv (rezistena conductorului) i partea reactiv (reactana inductiv ). Aplicând legea lui Ohm întregului circuit, tensiunea la borne trebuie s fie egal cu produsul dintre intensitatea curentului i o mrime de natur rezistiv numit impedan. Z = R + Z = R jx L + ( ωl) (6) (7).3. COMPORAREA CONDENSAORULUI ÎN CUREN ALERNAIV Dac la bornele unui condensator se aplic o tensiune alternativ, se constat apariia unui curent alternativ în circuit de aceeai form cu a tensiunii aplicate: du d i = C = C ( U sinωt). = ωc U cosωt dt dt ( 8 ) π i = I sin( ω t + ) ( 9 ) Intensitatea curentului electric este proporional cu amplitudinea tensiunii, cu frecvena acesteia i cu capacitatea condensatorului. Acest curent este defazat cu π înaintea tensiunii. Puterea instantanee este p = u i = UI sin ωt, iar valoarea medie este UI P = uidt = sin ωdt = ( ) Observaie: În cazul circuitului capacitiv real schema echivalent se obine prin conectarea în serie a capacitii cu rezistena de pierderi (pierderi mici) sau conectare în paralel (pierderi mari). Impedanele echivalente vor fi: Z S Z p = = R + X C = RS + R p + X C ωc ( ) ( ) Energia electric acumulat între plcile unui condensator este: WC = CU.

5 V. DOGARU ULIERU S.A..: ANALIZA FUNCIONRII CIRCUIELOR DE CUREN ALERNAIV 69!"## $ $$ ' & %!# Fig. 3. Comportarea condensatorului în curent alternativ: panou frontal, diagrama bloc Fig. 4.Studiul circuitelor compuse în current alternativ

6 7 CONFERINA NAIONAL DE INSRUMENAIE VIRUAL CNIV 4. REZULAE EXPERIMENALE Sistemele de achiziii de date sunt sisteme complexe care permit msurarea i monitorizarea parametrilor dintr-un proces tehnologic, prin intermediul traductoarelor care transform marimile fizice de studiat în tensiune electric. Pentru sistemul monofazat, este necesr s se obin semnale cu amplitudine de ordinul volilor pentru a putea fi aplicate la intrarea plcii de achiziii de date. Pentru tensiunile de faz se pot utiliza divizoare de tensiune (nu asigur separarea galvanic) sau transformatoare de msurare de tensiune (asigur separarea galvanic). Pentru cureni se pot utiliza unturi (convertor curent-tensiune) sau transformatoare de msurare de curent. Utilizarea divizoarelor de tensiune respectiv a unturilor trebuie s se fac inând cont de intensitatea curentului prin divizorul de tensiune, cderea de tensiune pe unt, putere disipat, rezistene parazite, efectele autoîclzirii, efectele dinamice. Utilizarea transformatoarelor de msurare de tensiune/curent asigur separarea galvanic a sistemului energetic fa de sistemul de msurare, îns introduc erori de raport i de unghi. Soluia adoptat a fost utilizarea unor traductoare de curent i de tensiune bazate pe efectul Hall (figura 5). Efectul Hall const în apariia unei tensiuni pe feele unei plcue semiconductoare parcurs de un curent de comand, situat într-un câmp magnetic de inducie B, perpendicular pe planul placuei. Fig. 5. Schema bloc a sistemului de achiziii de date Fig. 6. Diagrama bloc() - sistem achiziii de date pentru circuite de current alternativ

V. DOGARU ULIERU S.A..: ANALIZA FUNCIONRII CIRCUIELOR DE CUREN ALERNAIV 7 Fig. 7. Diagrama bloc() - sistem achiziii de date pentru circuite de curent alternativ Fig. 8.

date, iar în figura (7) este prezentat continuarea diagramei bloc destinat prelucrrii datelor.

7 V. DOGARU ULIERU S.A..: ANALIZA FUNCIONRII CIRCUIELOR DE CUREN ALERNAIV 7 Fig. 7. Diagrama bloc() - sistem achiziii de date pentru circuite de curent alternativ Fig. 8. Forma de variaie a mrimilor electrice pentru un consummator rezistiv, analiza semnalului (tensiune), msurarea parametrilor În figura (6) este prezentat diagrama bloc a aplicaiei pentru achiziia de date, iar în figura (7) este prezentat continuarea diagramei bloc destinat prelucrrii datelor. În figura 8 sunt prezentate formele de und ale tensiunii, intensitii i puterii instantanee, analiza armonic [3] a tensiunii, respectiv valorile msurate ale tensiunii, intensitii, puterii active, puterii reactive. Aplicaia poate fi utilizat i pentru msurarea frecvenei, factorului de putere, calculul puterii aparente, etc. În figura 9 sunt prezentate rezultatele experimentale pentru un circuit rezistiv-inductiv, cu compensarea puterii reactive cu ajutorul unui condensator. Existena armonicilor impare ale tensiunii, duce la deformarea puternic a formei de und a intensitii curentului electric.

8 7 CONFERINA NAIONAL DE INSRUMENAIE VIRUAL CNIV 4 Fig. 9. Forma de variaie a mrimilor electrice pentru un consummator rezistiv-inductiv cu compensarea puterii reactive, analiza semnalului (curent), msurarea parametrilor 4. CONCLUZII Aplicaiile realizate în mediul de programare grafic LabVIEW dau posibilitatea analizei parametrilor de funcionare ai circuitelor pe baza considerentelor teoretice prezentate i ofer urmtoarele posibiliti: modificarea valorii efective a sursei de tensiune; modificarea parametrilor de circuit R,L,C; vizualizarea grafic a tensiunii, intensitii, puterii instantanee, puterii active, energiei magnetice, energiei electrice. Existena unei plci de achiziii de date, asigur studiul comportrii în curent alternativ a elementelor reale de circuit, cu posibiliti multiple de msurare, vizualizare, analiz i prelucrare a semnalului. 5. BIBLIOGRAFIE. Andrei. H.,.a. eoria circuitelor electrice, Ed. Printech, Bucureti Ertugrul, N. LabVIEW for electric circuits, machines, drives and laboratories, Ed. Pretince Hall, New York, 3. Golovanov. C.,.a. Probleme moderne de msurare în electroenergetic, Ed. ehnic, Bucureti, 4. Maier, V.,s.a LabVIEW în calitatea energiei electrice, Ed. Albastr, Cluj-Napoca, 5. Preda. M.,.a. Bazele electrotehnicii, EDP, Bucureti, Saimac.A.,.a. Electrotehnic, EDP, Bucureti *** - National Instruments, User manuals/, Academic resources 3

Σχετικά έγγραφα

Fig Impedanţa condensatoarelor electrolitice SMD cu Al cu electrolit semiuscat în funcţie de frecvenţă [36].

Fig Impedanţa condensatoarelor electrolitice SMD cu Al cu electrolit semiuscat în funcţie de frecvenţă [36]. Componente şi circuite pasive Fig.3.85. Impedanţa condensatoarelor electrolitice SMD cu Al cu electrolit semiuscat în funcţie de frecvenţă [36]. Fig.3.86. Rezistenţa serie echivalentă pierderilor în funcţie