up
Search      menu
صنعت و مکانیک :: مقاله اندازه گيري ولتاژ و جريان PDF
QR code - اندازه گيري ولتاژ و جريان

اندازه گيري ولتاژ و جريان

روشهاي اندازه گيري ولتاژ و جريان در سيستم قدرت AC غير سينوسي

تجهيزات شبکه انتقال، فوق توزيع و توزيع بنابر گفته کارشناسان، اغلب براي سرويس دهي به مشترکاني با بارهاي سنتي و کاملاً خطي طراحي و ساخته شده اند. به رغم گسترش روزافزون مصرف کننده هاي غيرخطي به اعتقاد کارشناسان، هنوز به صورت شفاف، تاثيرات آنها بر روي کاهش عمر کاهش ظرفيت و خطاي عملکرد تجهيزات شبکه مورد بررسي قرار نگرفته است.
از مهمترين تجهيزات شبکه قدرت که به طور مستقيم درآمد شرکتهاي توزيع و برق هاي منطقه اي به آن بستگي دارد- دستگاههاي اندازه گيري شامل آمپرترها، ولت مترها، وات مترها و کنتورهاي اکتيو و راکتيو هستند.
مقاله ترجمه شده زير که درباره تجهيزات اندازه گيري در شرايط غير سينوسي است به وسيله شرکت برق و گاز اقيانوس آرام (Company Pacific Gas and Electric) که گاز طبيعي و برق ۱۵ ميليون مشترک را در شمال و مرکز ايالت کاليفرنيا تامين مي کند منتشر شده است.
اين مطلب به وسيله مهندس حميدرضا محمدزاه مدير دفتر بازرسي و کنترل کيفيت تجهيزات برق منطقه اي خراسان ترجمه و تلخيص شده است.
اغلب تجهيزات اندازه گيري ولتاژ، جريان، و توان در مدارات قدرتAC (جريان متناوب) مبتني بر اين فرض هستند که شکل موج جريان و ولتاژ تقريباً سينوسي است. در صورتيکه اين پيش فرض نامعتبر باشد، خطاهاي غير منتظره اي بوجود مي آيد. زماني که اينگونه خطاها در اندازه گيري ها روي مي دهد و در نتيجه وجود بارهاي غير سينوسي پديده هايي از قبيل اضافه بار(اضافه حرارت) هاديها، ترانسفورماتورها و ساير تجهيزات توزيع انرژي الکتريکي به وجود مي آيد. هنگام تصميم گيري در مورد اينکه چه دستگاه اندازه گيري را خريداري کنيم، موضوع شکل موج غير سينوسي و اشباع شده ولتاژ و جريان بايد يکي از عوامل تصميم گيري باشد. اين موضوع همچنين بايد در زمان ارزيابي و تحليل داده هاي ثبت شده مد نظر قرار گيرد.
در سالهاي اخير منابع تغذيه غيرخطي در تجهيزات اداري و تجاري، کامپيوترها، ماشينهاي تکثير، دستگاههاي صوتي تصويري، سيستمهاي روشنايي فلورسنت، ديمرها و سيستمهاي کنترل دور موتور به شدت فراگير شده اند. بارهاي خطي عبارتند از لامپهاي رايج التهابي و موتورها که سيستمهاي توزيع ما اصولاً براي سرويس دهي به آنها طراحي شده اند. بارهاي غيرخطي بارهايي هستند که از سيستم تبديل جريان متناوب به جريان مستقيم، براي کنترل بهتر و صرفه جويي در مصرف انرژي استفاده مي کنند. اين (غيرخطي بودن) يک نقيصه نيست. اما بايد در محاسبات و اندازه گيري ها مد نظر قرار گيرد. در ايالات متحده براي محدود سازي ميزان غيرخطي بودن دستگاههاي مصرف کننده انرژي الکتريکي، هيچ استانداردي - آنگونه که در اروپا تدوين شده است- وجود ندارد.
● تکنيکهاي اندازه گيري مقدار موثر
واژهRMS مخفف عبارت «ريشه دوم متوسط مربعات» است. از نظر رياضي اين عبارت يعني اينکه مقاديرلحظه اي را به توان دو مي رسانيد ، از مربعات متوسط گيري ميکنيد، و سپس جذر اين متوسط مربعات را محاسبه مي کنيد. روش اندازه گيري جريان RMS در جريان متناوب در واقع ميزان تاثير حرارتي عبور جريان متناوب از يک مقاومت (سيم) را اندازه گيري مي کند. اين بسيار مهم است که بدانيم صحت اين اندازه گيري به مناسب بودن اندازه هادي ها، ترانسفورماتورها و خازنها بستگي دارد.
دو گزينه رايج براي انتخاب تکنيک اندازه گيري جريان و ولتاژ AC عبارت است از:
روش اندازه گيري بر مبناي مقدار متوسط، و روش اندازه گيري بر مبناي مقدار حداکثر. روش اندازه گيري مقدار متوسط، متوسط مقادير لحظه اي را در يک دوره اندازه گيري مشخص را محاسبه مي کند. دستگاههاي اندازه گيري حساس به مقدار پيک، بيشترين مقدار لحظه اي را در طي يک دوره اندازه گيري تشخيص مي دهند.
اغلب ولت مترهاي ديجيتال ارزان قيمت از يکي از روشهاي تبديل مقدار متوسط براي اندازه گيري مقدار ولتاژ AC استفاده مي کنند. محاسبه مقدار متوسط آسانترين و کم هزينه ترين روش براي تجهيزات اندازه گيري است.
در هردو اين تکنيکها، دستگاهها بطور معمول براساس سنجش مقدار RMS براي شکل موجهاي کاملاً سينوسي کاليبره ميشوند. براي مثال يک ولتمتر حساس به مقدار پيک، معمولاً به گونه اي کاليبره مي شود که ۷۰۷ ۰ مقدار ولتاژ پيک را نشان دهد. و يک دستگاه اندازه گيري بر مبناي مقدارمتوسط، براي نمايش ۱۱ ۱ برابر ميزان متوسط کاليبره شده است. در شکل موج سينوسي کامل اين مقادير ثابت انتخاب شده، باعث ميشود مقادير اندازه گيري شده با ميزان واقعي RMS کاملاً مطابقت داشته باشد.
● روش تبديل RMS واقعي
سه تکنيک اندازه گيري مقدار واقعي RMS امروزه مورد استفاده قرار ميگيرد. روش حرارتي، روش رقومي(آنالوگ) و روش ديجيتال.
در روش اندازه گيري RMS واقعي حرارتي، سيگنال ورودي از حرارت يک بار مقاومتي استفاده ميکند. و ميزان حرارت مستقيماً به مقدارRMS شکل موج بستگي دارد. عموماً اين پرهزينه ترين روش اندازه گيري مقدار موثر يا RMS است. گرچه روش حرارتي به زمان بسيارطولاني – در حد چند دقيقه - براي محاسبه نيازمند است، که اين روش را براي اغلب اندازه گيريهاي عملي قدرت غيرکاربردي نشان مي دهد. برخي از شرکتهاي برق در کانادا از اين روش براي محاسبه هزينه برق مصرفي مشترکان بزرگ خود استفاده ميکنند. عيب ديگر اين روش، اين است که بايد به طور مکرر براي صحت اندازه گيري کاليبره شود.
مبدلهاي RMS واقعي آنالوگ: مداري را مورد استفاده قرار ميدهد که از ولتاژ (يا جريان) ورودي لگاريتم ميگيرد، اين مقدار را دو برابر ميکند، از آن متوسط گيري ميکند، و سپس از مقدار نصف متوسط آنتي لگاريتم ميگيرد. اين روش معادل اين است که ولتاژ را به توان دو برسانيم، از مربعات متوسط گيري کنيم، و سپس ريشه دوم (جذر) متوسط ها را محاسبه کنيم.
مقدار ثابت زماني محاسبات با مدار متوسط گيري تنظيم ميشود، و مي تواند به صورت نوعي از چند ميلي ثانيه تا چندين هزار ميلي ثانيه تنظيم شود. مقادير ثابت زماني طولاني تر ميزان ريپل کمتري در خروجي ايجاد مي نمايد. اما منجر به کاهش سرعت پاسخگويي مي شود. تغييرات کوتاه مدت ورودي يک نگراني مهم در منابع تغذيه کامپيوتراست. مبدل هاي آنالوگ، همچنين محدوديت هايي در نرخ گذرايي و کرست فاکتور دارند. اما در طرح هاي مدرن اندازه گيري توان AC ، اين محدوديت ها به ندرت مشکل ساز مي شوند.
مبدلهاي RMS واقعي ديجيتال: با سرعت زياد از سيگنال ورودي نمونه گيري مي کنند، و اين نمونه ها را به مقادير ديجيتال تبديل مي کنند. غالباًٌ فرکانس نمونه گيري بيشتر از ۱۰۰ برابر فرکانس سيگنال پيش بيني مي شود. زماني که مي خواهيم تواني با فرکانس ۶۰ هرتز را اندازه گيري کنيم، نمونه برداري بايد با فرکانسي بيشتر از ۶۰۰۰ هرتز صورت گيرد.
يک پردازشگر، هر کدام از مقادير نمونه ها را به توان دو ميرساند، مقادير مربعات نمونه هاي اخير را جمع ميبندد، و سپس از مجموع بدست آمده ريشه دوم مي گيرد. اندازه گيري RMS واقعي هر شکل موج دلخواه بسيار هزينه بر است و ثابت زماني تبديل ميتواند به صورت دلخواه با تنظيم کردن تعداد نمونه هاي برداشت شده تنظيم شود. استانداردIEEE۱۱۵۹ در خصوص اندازه گيري توان، ميزان حداقل دوره اندازه گيري مقدار RMS را نيم سيکل تعيين کرده است. اما اغلب دستگاه هاي اندازه گيري حداقل يک سيکل را براي اندازه گيري مقدار موثر مد نظر قرار ميدهند. انجام عمليات رياضي در اين حد و به صورت پيوسته، فراتر از توانايي هاي اغلب دستگاه هاي سنجش رايج است. از اينرو در اين دستگاه ها ترکيبي از روشهاي نمونه گيري متفاوت، به صورت متناوب بکارگرفته ميشود. گاهي نرخ تناوب اين نمونه گيري ها، توسط کاربر قابل برنامه ريزي است. محدوديت ديگر اين روش، حجم حافظه مورد نياز براي ذخيره سازي داده ها و اطلاعات است.
● عوامل بالقوه بروز خطا
خطاي پاسخ فرکانسي در اندازه گيري جريان:
حتي هنگامي که پردازشگرها محاسبات دقيقي را بر روي داده ها انجام مي دهند، به دليل محدوديت هاي مربوط به ترانسديوسرهاي جريان که براي جمع آوري مقادير جريان مورد استفاده قرارگرفته اند، اندازه گيري مي تواند با خطا همراه باشد. اندازه گيري جريان در مدارهاي جريان متناوب، عموماً با استفاده از نوعي ترانسفورماتور جريان انجام مي شود. ترانسفورماتورهاي جريان داراي پهناي باند محدودي هستند، که اين محدوديت در شرايط AC با شکل موج سينوسي نگران کننده نيست. با اين وجود در بارهاي غيرخطي، هر دو انتهاي باند عبور اين تجهيزات ]هم حداقل و هم حداکثر فرکانس مجاز[ مي توانند بحراني شوند.
از اينرو اطلاع از محدوديت هاي ترانسديوسرهاي جرياني که مورد استفاده قرار مي دهيم، بسيار مهم است. مشکل پهناي باند در ترانسفورماتورهاي جريان مي تواند با گنجاندن مقاومت شنت در مدار جريان يا استفاده از سنسور اثر هال بر طرف شود.
خطاي انتقال فاز در اندازه گيري جريان:
علاوه بر وقوع خطاي پهناي باند، ترانسفورماتورهاي جريان عموماً داراي خطاي ديگري به نام خطاي انتقال فاز هستند که مقدار آن با فرکانس تغيير مي کند. انتقال فاز متغير با فرکانس، مي تواند منجر به بروز خطاهاي عمده در اندازه گيري شکل موج شود. ميزان خطاي انتقال فاز معمولاً براي هارمونيک هاي مرتبه پايين اندک است. اما براي هارمونيک هاي مرتبه بالاتر افزايش مي يابد. به دلايل فوق، درخواست نتايج تست آزمايشگاهي ترانسفورماتورهاي جريان، براي اطمينان از صحت پاسخگويي در مقابل پهناي باند فرکانس و دقت کافي در مقابل خطاي انتقال فاز. براي تمامي مرتبه هاي هارمونيکي مورد نياز، از اهميت ويژه اي برخوردار است.
روشهاي اندازه گيري ضريب قدرت:
ضريب قدرت، نسبت توان حقيقي به توان ظاهري است که به طور سنتي با سنجش زاويه فاز بين بردار جريان و ولتاژ اندازه گيري ميشود. اين روش براي شکل موجهاي غيرسينوسي با خطا همراه است. هميشه مقدار ضريب قدرت قرائت شده به اين روش، به خطا بالا است. هنگامي که درصد بالايي بار غيرخطي وجود دارد، خطاي اندازه گيري ضريب قدرت به بيش از ۵۰ درصد افزايش پيدا ميکند. تنها روش دقيق اندازه گيري ضريب قدرت براي بارهاي غيرخطي، متوسط گيري از مقادير توان لحظه اي و سپس تقسيم کردن آن بر مقدار RMS واقعي جريان و مقدار RMS واقعي ولتاژ است.

معرفي گونه:اسب دريايي رده بندي : به دليل شباهت سر او به سر اسب و زندگي او در دريا، آنرا اسب دريايي مي نامند. تمام اسب هاي دريايي متعلق به جنس Hippocam ...

بخيه ، نوعي دوختن است که پزشکان به ويژه جراحان، براي نگاه داشتن پوست و اندام هاي داخلي، رگ هاي خوني و در مجموع، همه بافت هاي بدن انسان پس از آنکه در ا ...

اقيانوسها و درياها مجموعه واحدي تشکيل مي دهند در نظر اول حرکت قسمتي از آب در داخل آن ، بدون اينکه با آبهاي ديگر مخلوط شود، بعيد به نظر مي رسد. اما واق ...

به عنوان يكي از شاخه هاي وسيع و پركاربرد هوش مصنوعي، يادگيري ماشيني (machine learning) به تنظيم و اكتشاف شيوه ها و الگوريتم هايي مي پردازد كه براساس آ ...

قالب گيري فشاري ،يکي از قديمي ترين فرآيندهاي قالب گيري شناخته شده است. در اين قالبها ماده پلاستيکي در محفظه قالب قرار گرفته و با حرارت و فشار شکل مي گ ...

اقيانوسها و درياها مجموعه واحدي تشکيل مي‌دهند در نظر اول حرکت قسمتي از آب در داخل آن ، بدون اينکه با آبهاي ديگر مخلوط شود، بعيد به نظر مي‌رسد. اما واق ...

● تعريف جريان(dc) جريان مستقيم (DC يا جريان پيوسته)، عبور پيوسته جريان الکتريسيته از يک هادي نظير يک سيم از پتانسيل بالا به پتانسيل کم است. در جريان م ...

يکي از مهم ترين بحث ها در مهندسي، اندازه گيري است. يعني هر چه اندازه گيري ها دقيق تر باشد خطا کمتر خواهد بود. کشورهاي پيشرفته در علوم مهندسي داراي خطا ...

دانلود نسخه PDF - اندازه گيري ولتاژ و جريان