ΑΣΚΗΣΗ 12 Προσομοίωση Μονοφασικού & Τριφασικού μετασχηματιστής με την χρήση προγράμματος εικονικού εργαστηρίου. 1
Α. Οδηγίες για την εκτέλεση του προγράμματος προσομοίωσης: Το πρόγραμμα προσομοίωσης επιχειρεί να μεταφέρει τη εργασία που γίνεται στους πάγκους του εργαστηρίου στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές και αποτελεί ένα ισχυρό εργαλείο για την διδασκαλία εργαστηριακών ασκήσεων. Για την διδασκαλία μιας εργαστηριακής άσκησης ο σπουδαστής ακολουθεί κάθε φορά μια συγκεκριμένη διαδοχή ενεργειών την οποία και περιγράφουμε παρακάτω. Έτσι, στην περίπτωση του μονοφασικού μετασχηματιστή σε λειτουργία χωρίς φορτίο η πορεία είναι: Ξεκινώντας την άσκηση, οι κύριες επιλογές, οι οποίες υπάρχουν στο μενού όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα είναι δύο: 2
Επιλέγοντας το «presetatio», ο φοιτητής έχει την δυνατότητα να δει το σχήμα που αντιστοιχεί στο ηλεκτρικό κύκλωμα της άσκησης, τους τύπους που χρησιμοποιούνται αλλά και τη μορφή των γραφικών παραστάσεων που ζητούνται. Επιλέγοντας το «virtual test» ο φοιτητής έχει τη δυνατότητα να δεί τη μορφή που έχει ο μετασχηματιστής που χρησιμοποιείται στην άσκηση αλλά και οδηγίες εκτέλεσης της. Στην συνέχεια πρέπει να εκτελεστούν τα παρακάτω τέσσερα βήματα: Βήμα 1: Επιλέγουμε το πλήκτρο «RUN» για να ξεκινήσει η διαδικασία. Βήμα 2: Επιλέγουμε από τη βάση δεδομένων του προγράμματος τον μετασχηματιστή που θα χρησιμοποιήσουμε. Βήμα 3: Ρυθμίζουμε την τιμή της τάσης που επιθυμούμε σε κάθε μας μέτρηση. Βήμα 4: Με την βοήθεια της επιλογής «Machie Parameters» πραγματοποιούμε τις ρυθμίσεις που επιθυμούμε σχετικά με τον μετασχηματιστή που χρησιμοποιούμε. 3
Στην συνέχεια δίνονται οδηγίες, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, που πρέπει να ακολουθήσει ο φοιτητής για να υλοποιήσει την άσκηση είτε χρησιμοποιήσει την αυτόματη είτε την ημιαυτόματη λειτουργία για την συλλογή των μετρήσεων. Ημιαυτόματη Δοκιμή Ο συνηθέστερος και αναλυτικότερος τρόπος υλοποίησης μιας άσκησης είναι η ημιαυτόματη συλλογή δεδομένων. Για να ξεκινήσει η διαδικασία εκτέλεσης της άσκησης, ο φοιτητής πρέπει να επιλέξει το κουμπί «RUN». Στην συνέχεια μεταφέρεται σε μια νέα σελίδα, στην οποία μπορεί να δει τρία διαφορετικά πλαίσια: 1. Measuremet System Diagram 2. Cotrol Wi 3. Spreadsheet Στο πρώτο πλαίσιο παρουσιάζονται οι συσκευές που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία του κυκλώματος της άσκησης. 4
Πατώντας πάνω στον μετασχηματιστή, ο φοιτητής επιλέγει από την βάση δεδομένων του προγράμματος κάποιον συγκεκριμένο τύπο. Στην συνέχεια ρυθμίζει την τιμή της τροφοδοσίας. Για κάθε τιμή της τάσης αντιστοιχεί και μια τιμή έντασης και ισχύος. Για να καταγραφεί η μέτρηση στο πίνακα μετρήσεων (spreadsheet), πρέπει να επιλέγεται κάθε φορά το κουμπί «ACQUISITION». Το πρόγραμμα προτείνει οι τιμές της τάσης να έχουν μια συγκεκριμένη σειρά: 1,1U 1U 0,9U 0,8U 0,7U 0,6U 0,5U 0, 4U 0,3U 0, 2U 0,1U όπου U είναι η ονομαστική τάση. Στην περίπτωση όμως του μετασχηματιστή στο βραχυκύκλωμα ρυθμίζουμε την τάση έχοντας την προσοχή μας ώστε οι τιμές της έντασης να ακολουθούν την ίδια σειρά. 1,1U 1I 0,9I 0,8I 0,7I 0,6I 0,5I 0, 4I 0,3I 0, 2I 0,1I όπου I είναι η ονομαστική ένταση. 5
Κάνοντας διπλό κλικ πάνω στα όργανα μέτρησης που βρίσκονται δίπλα στις τιμές των μετρήσεων ο φοιτητής έχει την δυνατότητα να αλλάξει την κλίμακα μέτρησης των οργάνων. Στο δεύτερο πλαίσιο μπορούν να αποτυπωθούν αρχικά κάποιες πληροφορίες σχετικά με τα στοιχεία του φοιτητή. Στην συνέχεια στο πλήκτρο «Machie Parameters» δίνετε η δυνατότητα οι φοιτητές να κάνουν τις κατάλληλες ρυθμίσεις σχετικά με τον μετασχηματιστή που χρησιμοποιείται. Επίσης, υπάρχει η δυνατότητα επιλογής της μεθόδου (Semi-automatic ή Automatic) που θα ακολουθηθεί για την εκτέλεση της άσκησης. Ο αριθμός των μετρήσεων που θα χρειαστούν για την ορθή χάραξη των γραφικών παραστάσεων καθορίζεται από τον φοιτητή δεν μπορεί όμως να ξεπερνά τον αριθμό 50. Κάθε φορά που θέλετε να καταγραφεί μια μέτρηση στον πίνακα μετρήσεων θα πρέπει να πατάτε το πλήκτρο «ACQUISITION». Τέλος, επιλέγοντας το πλήκτρο «Reset all Values» μηδενίζονται όλες οι μετρήσεις και ξεκινά η διαδικασία από την αρχή. 6
Στο παρακάτω σχήμα δίνεται και ο πίνακας μετρήσεων (spreadsheet). Οι τιμές του πίνακα χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία των γραφικών παραστάσεων. 7
Αυτόματη Δοκιμή Στη μέθοδο αυτή ο φοιτητής πατά το πλήκτρο «START» και το πρόγραμμα δίνει αυτόματα 20 τυχαίες τιμές μέτρησης. Το μενού στην Αυτόματη Δοκιμή είναι ίδιο με την Ημιαυτόματη Δοκιμή εκτός από το «Cotrol Wi» στο οποίο η επιλογή «ACQUISITION» έχει αντικατασταθεί από την επιλογή «START». Γραφικές Παραστάσεις Εφόσον έχουν καταγραφεί οι μετρήσεις στο πίνακα με τίτλο «Spreadsheet», το επόμενο βήμα είναι η χάραξη των γραφικών παραστάσεων. Ο τρόπος που ο φοιτητής μπορεί να πάει στο μενού των γραφικών παραστάσεων είναι είτε επιλέγοντας το εικονίδιο των γραφικών παραστάσεων, είτε από την επιλογή istrumets ope ew graph. Στο μενού των γραφικών παραστάσεων πάνω αριστερά υπάρχει η επιλογή «parameters» με την βοήθεια της οποίας γίνονται οι επιθυμητές ρυθμίσεις. Υπάρχει η δυνατότητα να δοθεί ένας τίτλος στην γραφική παράσταση, αλλά και να μπουν τίτλοι στους άξονες Χ και Υ. Στην συνέχεια, αφού τσεκαριστεί η επιλογή X-Y Graph, ο φοιτητής έχει την δυνατότητα να καθορίσει το 8
μέγεθος που επιθυμεί να απεικονίζεται σε κάθε άξονα αλλά και της κλίμακες του κάθε άξονα (ελάχιστη μέγιστη τιμή). Στη συνέχεια απεικονίζεται η γραφική παράσταση την οποία οι σπουδαστές έχουν την δυνατότητα να εκτυπώσουν επιλέγοντας το εικονίδιο με τον εκτυπωτή είτε από την επιλογή Tests Prit. 9
10
Β. Πορεία εκτέλεσης της άσκησης: Σκοπός: Μετά την πραγματοποίηση αυτής της άσκησης ο φοιτητής θα μπορεί να: Χρησιμοποιεί το πρόγραμμα προσομοίωσης των εργαστηριακών ασκήσεων αξιολογεί την χρησιμότητα και αποτελεσματικότητα του προγράμματος προσομοίωσης συγκρίνει και να αξιολογεί τα αποτελέσματα των μετρήσεων με αυτά προηγούμενων εργαστηριακών ασκήσεων απαντά σε σύνθετες ερωτήσεις. Πορεία εκτέλεσης της εργαστηριακής άσκησης: Α. Μονοφασικός Μετασχηματιστής σε λειτουργία χωρίς φορτίο. 1. Ξεκινήστε την διαδικασία επιλέγοντας την άσκηση σύμφωνα με το παρακάτω σχήμα. 2. Πατήστε το πλήκτρο «presetatio» για να δείτε το ηλεκτρικό κύκλωμα της άσκησης, τους τύπους που χρησιμοποιούνται κατά τη διάρκεια της εκτέλεσης της αλλά και τη μορφή των γραφικών παραστάσεων που ζητούνται. 3. Ξεκινήστε την διαδικασία εκτέλεσης της άσκησης επιλέγοντας το πλήκτρο «virtual test». 11
4. Στο πλαίσιο με τον τίτλο «Measuremet System Diagram» παρουσιάζονται οι συσκευές που χρησιμοποιούνται για την δημιουργία του κυκλώματος της άσκησης. Πατήστε πάνω στον μονοφασικό μετασχηματιστή και από την βάση δεδομένων του προγράμματος (db_tra) επιλέξτε τον μετασχηματιστή με κωδικό: Tra_Mo_220_12_10VA. Οι τρεις αυτοί αριθμοί αντιστοιχούν στην ονομαστική τάση πρωτεύοντος, δευτερεύοντος και στην φαινόμενη ισχύ. 5. Συμπληρώστε τον πίνακα μετρήσεων (spreadsheet) με τουλάχιστον 10 μετρήσεις δίνοντας σαν αρχική τιμή τάσης την τιμή 1,1 U 1,1 220 242V. 6. Χαράξτε τις χαρακτηριστικές της μεταβολής της έντασης του ρεύματος, της μεταβολής του συντελεστή ισχύος και της μεταβολής της απορροφούμενης ισχύος ως συνάρτηση της τάσης τροφοδοσίας. Οι γραφικές παραστάσεις που ζητούνται θα πρέπει να έχουν τις παρακάτω μορφές. 12
Μην ξεχάσετε να συμπληρώσετε τα στοιχεία σας στο πλαίσιο «Cotrol Wi». Β. Μονοφασικός Μετασχηματιστής στο βραχυκύκλωμα. 1. Ξεκινήστε την διαδικασία επιλέγοντας την άσκηση σύμφωνα με το παρακάτω σχήμα. 2. Πατήστε το πλήκτρο «presetatio» για να δείτε το ηλεκτρικό κύκλωμα της άσκησης, τους τύπους που χρησιμοποιούνται κατά τη διάρκεια της εκτέλεσης της αλλά και τη μορφή των γραφικών παραστάσεων που ζητούνται. 3. Ξεκινήστε την διαδικασία εκτέλεσης της άσκησης επιλέγοντας το πλήκτρο «virtual test». 4. Στο πλαίσιο με τον τίτλο «Measuremet System Diagram» παρουσιάζονται οι συσκευές που χρησιμοποιούνται για την δημιουργία του κυκλώματος της άσκησης. Πατήστε πάνω στον μονοφασικό μετασχηματιστή και από την βάση δεδομένων του προγράμματος (db_tra) επιλέξτε τον μετασχηματιστή με κωδικό: Tra_Mo_220_48_200VA. Οι τρεις αυτοί αριθμοί αντιστοιχούν στην ονομαστική τάση πρωτεύοντος, δευτερεύοντος και στην φαινόμενη ισχύ. 13
5. Συμπληρώστε τον πίνακα μετρήσεων (spreadsheet) με τουλάχιστον 10 μετρήσεις δίνοντας σαν αρχική τιμή ρεύματος την τιμή 1,1 I 1,001 A όπου I S 200 0,91A. U 220 6. Χαράξτε τις χαρακτηριστικές της μεταβολής της τάσης βραχυκύκλωσης U k και της μεταβολής της απορροφούμενης ισχύος P k ως συνάρτηση της έντασης του ρεύματος βραχυκύκλωσης I k. Οι γραφικές παραστάσεις που ζητούνται θα πρέπει να έχουν τις παρακάτω μορφές. Μην ξεχάσετε να συμπληρώσετε τα στοιχεία σας στο πλαίσιο «Cotrol Wi». Γ. Τριφασικός Μετασχηματιστής σε λειτουργία χωρίς φορτίο. 1. Ξεκινήστε την διαδικασία επιλέγοντας την άσκηση σύμφωνα με το παρακάτω σχήμα. 2. Πατήστε το πλήκτρο «presetatio» για να δείτε το ηλεκτρικό κύκλωμα της άσκησης, τους τύπους που χρησιμοποιούνται κατά 14
τη διάρκεια της εκτέλεσης της αλλά και τη μορφή των γραφικών παραστάσεων που ζητούνται. 3. Ξεκινήστε την διαδικασία εκτέλεσης της άσκησης επιλέγοντας το πλήκτρο «virtual test». 4. Στο πλαίσιο με τον τίτλο «Measuremet System Diagram» παρουσιάζονται οι συσκευές που χρησιμοποιούνται για την δημιουργία του κυκλώματος της άσκησης. Πατήστε πάνω στον τριφασικό μετασχηματιστή και από την βάση δεδομένων του προγράμματος (db_tra) επιλέξτε τον μετασχηματιστή με κωδικό: Tra_Tri_380_24_100VA. Οι τρεις αυτοί αριθμοί αντιστοιχούν στην ονομαστική τάση πρωτεύοντος, δευτερεύοντος και στην φαινόμενη ισχύ. 5. Συμπληρώστε τον πίνακα μετρήσεων (spreadsheet) με τουλάχιστον 10 μετρήσεις δίνοντας σαν αρχική τιμή τάσης την τιμή 1,1 U 1,1 380 418V. 6. Χαράξτε τις χαρακτηριστικές της μεταβολής της έντασης του ρεύματος, της μεταβολής του συντελεστή ισχύος και της μεταβολής της απορροφούμενης ισχύος ως συνάρτηση της τάσης τροφοδοσίας. Οι γραφικές παραστάσεις που ζητούνται θα πρέπει να έχουν τις παρακάτω μορφές. 15
Μην ξεχάσετε να συμπληρώσετε τα στοιχεία σας στο πλαίσιο «Cotrol Wi». Δ. Τριφασικός Μετασχηματιστής στο βραχυκύκλωμα. 1. Ξεκινήστε την διαδικασία επιλέγοντας την άσκηση σύμφωνα με το παρακάτω σχήμα. 2. Πατήστε το πλήκτρο «presetatio» για να δείτε το ηλεκτρικό κύκλωμα της άσκησης, τους τύπους που χρησιμοποιούνται κατά τη διάρκεια της εκτέλεσης της αλλά και τη μορφή των γραφικών παραστάσεων που ζητούνται. 3. Ξεκινήστε την διαδικασία εκτέλεσης της άσκησης επιλέγοντας το πλήκτρο «virtual test». 4. Στο πλαίσιο με τον τίτλο «Measuremet System Diagram» παρουσιάζονται οι συσκευές που χρησιμοποιούνται για την δημιουργία του κυκλώματος της άσκησης. Πατήστε πάνω στον 16
τριφασικό μετασχηματιστή και από την βάση δεδομένων του προγράμματος (db_tra) επιλέξτε τον μετασχηματιστή με κωδικό: Tra_Tri_380_110_1000VA. Οι τρεις αυτοί αριθμοί αντιστοιχούν στην ονομαστική τάση πρωτεύοντος, δευτερεύοντος και στην φαινόμενη ισχύ. 5. Συμπληρώστε τον πίνακα μετρήσεων (spreadsheet) με τουλάχιστον 10 μετρήσεις δίνοντας σαν αρχική τιμή ρεύματος την τιμή 1,1 I 1,67 A όπου I S 1000 1,52 A. 3 U 3 380 6. Χαράξτε τις χαρακτηριστικές της μεταβολής της τάσης βραχυκύκλωσης U k και της μεταβολής της απορροφούμενης ισχύος P k ως συνάρτηση της έντασης του ρεύματος βραχυκύκλωσης I k. Οι γραφικές παραστάσεις που ζητούνται θα πρέπει να έχουν τις παρακάτω μορφές. Μην ξεχάσετε να συμπληρώσετε τα στοιχεία σας στο πλαίσιο «Cotrol Wi». Ερωτήσεις: 17
Βιβλιογραφία 1. Εγχειρίδιο DE LORENZO VIRTUAL ELECTRICAL MACHINES DL EMV Uilab Laboratory. 18