Here - Ústav elektroenergetiky - Vysoké učení technické v Brně

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ
Antonínská 458/1, 60190 Brno
IČ 00261305
Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Ústav elektroenergetiky (ÚEEN)
Technická 3058/10, 616 00 Brno;
kontakty ÚEEN FEKT: tel.: 54114 6220, fax: 54114 6210, e-mail: [email protected],
http://www.ueen.feec.vutbr.cz)
Simulátor blikání
Flicker Simulator SW
v1.0
Verze:
v1.0 (15.12.2015)
Revize:
r0 (15.12.2015)
Zpracoval:
Jiří Drápela
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Ústav elektroenergetiky
Technická 3082/12
616 00 Brno
tel. +420 541 146 211
email: [email protected], [email protected]
1
Obsah
1 Základní charakteristika ............................................................................................................. 3
2 Instalace a SW, HW požadavky ................................................................................................. 5
2.1 SW installation ...................................................................................................................................... 5
2.2 System Requirements .......................................................................................................................... 5
2.3 Software Support in Flicker Simulator SW ........................................................................................... 5
2.3.1 Operating System Support.......................................................................................................... 5
2.3.2 NI Application Software Support ................................................................................................. 5
2.4 Device Support in Flicker Simulator SW .............................................................................................. 5
3 Ovládání .................................................................................................................................... 6
3.1 Main panel – left side menu.................................................................................................................. 6
3.2 Settings dialog ...................................................................................................................................... 6
3.3 About dialog .......................................................................................................................................... 8
3.4 Phase regulation SSR controls and indicators ..................................................................................... 8
3.5 ZCS SSR controls and indicators ......................................................................................................... 9
3.6 Model network indicators ...................................................................................................................... 9
3.7 Interface indicators ............................................................................................................................... 9
3.8 Luminous flux measurement indicators .............................................................................................. 10
3.9 Voltage measurement indicators ........................................................................................................ 10
3.10 Current measurement indicators ...................................................................................................... 11
2
1 Základní charakteristika
SW slouží k ovládání, řízení, měření a vizualizaci údajů fyzikálního modelu kolísání napětí, který se skládá
z určených HW komponent. Celkově je simulátor určen pro demonstraci vzniku kolísání napětí časově
proměnlivou zátěží a jeho šíření v napájecí síti, včetně způsobu standardizovaného měření a vyhodnocení
míry vjemu blikání, které je doplněno o objektivní hodnocení míry vjemu blikání vyvolané odezvou vybraných
světelných zdrojů. Přehledové blokové zapojení je na Obr. 1.
~230 V
Model sítě
Model sítě
Model sítě
Model zátěže
1.08 mH
0.59 Ω
1.08 mH
0.59 Ω
1.08 mH
0.59 Ω
1.08 mH
0.59 Ω
1.08 mH
0.59 Ω
1.08 mH
0.59 Ω
1.08 mH
0.59 Ω
1.08 mH
0.59 Ω
Reostaty
RM1E23V25
25 A:AC51, ~230 V
FF2.5A
0.59 Ω
1.08 mH
~230 V RMS
On: 0-10 V DC (Phase reg.)
Off: 0 V DC
RP1A23D3
3 A:AC51, ~230 V
FF2.5A
2:1
On: 3÷32 V DC
Off: 0÷3 V DC
~230 V RMS
I≤4 A RMS
~400 V RMS
I≤4 A RMS
~400 V RMS
u
i
i
5 V DC
1 (0-32 V DC)
2.5 V DC , 5 V DC
1 (0-5 V DC)
U≤ 230 V RMS
R≥230 Ω
I≤1 ARMS
t
6
20mV/V
~230 V
U≤ 230 V RMS
R≥230 Ω
I≤1 ARMS
LM 358
U=230 V RMS
I≤1 A RMS
I≤4 A RMS
~400 V RMS
+24V
6
20mV/V
~230V
50Hz
Testovací komora
Hi
Lo
Hi
+15V
≤250V RMS
50:1
8
≤500V RMS
100:1
20mV/V
-15V
Current transducer
465 mV/lx
3
-15V
Světelné zdroje
3
8
+15V
10mV/V
8
+15V
-15V
~230V 50Hz
Karta NI
USB 6009
Převodník
proudu
~230 V
Lo
Hi
Lo
Hi
≤250V RMS
USB
LV20 -P
10mV/V
3
BPW21
1 V/A
3
+15V
8
~230 V
20mV/V
-15V
50:1
LMV793
LA25 -N P
Hi
+5 V
≤5 klxp
Voltage transducer
≤7A pk
Lo
~230V 50Hz
Hi
100:1
LV20 -P
Lo
Light sensor
Lo
≤500V RMS
PC s SW
1 V/A
3
8
LA25 -N P
20mV/V
≤7A pk
~230V 50Hz
Převodník
napětí
~230 V
Senzor
světla
~230 V
Obr. 1. Přehledové blokové schéma zapojení
SW řídí prostřednictvím určené multifunkční USB karty NI USB 6009 (nebo 6002/6003): jedno SSR relé se
spínáním v nule - přes digitální TTL výstup; a fázově regulovatelné SSR relé (0-10 V) – přes analogový (0-5
Vdc) výstup. Dále SW zpracovává signály ze třech analogových vstupů, které odpovídají měřenému proudu,
napětí a světelnému toku. Z měřeného průběhu okamžité hodnoty napětí a světelného toku je v SW následně
vypočítávána míra vjemu blikání standardním IEC měřičem (z napětí), respektive objektivním měřičem blikání
(ze světelného toku). Zapojení signálových vodičů na multifunkční kartu je na Obr. 2.
CAN 9 V
Senzor světla
3
8
3
CAN 9 V
Převodník napětí
CAN 9 V
Převodník proudu
8
3
8
1
1
CAN 9 Z
RM1E23V25
CAN 9 Z
RP1A23D3M1
6
6
Obr. 2. Zapojení signálových vodičů na multifunkční kartu
SW umožňuje jak nastavení parametrů spínání/regulace zátěže, připojené přes výše uvedená relé), tak
nastavení parametrů měření. Grafické rozhranní programu (Obr. 3) znázorňuje měřící pracoviště (výchozí
schéma zapojení) s intuitivním přístupem k měřícím a řídícím funkcím. Všechny vstupní/ výstupní komponenty
jsou doplněny o kontextový popis/help upřesňující význam zadávacího pole, přepínače, či numerického a
grafického zobrazovače. Ovládací panely uživatelského rozhranní určené pro řízení relé umožňují manuální
zapnutí nebo vypnutí relé a dále spuštění změn (časově řízeného spínání) v závislosti na nastavených
parametrech, jako je frekvence a střída spínání v případě ZCS relé; nebo volba časového průběhu zatížení,
frekvence změn a velikost změn v případě fázově řízeného relé. Přitom stavy resp. průběhy řídících signálů a
stejně tak zátěže jsou graficky znázorněny. Grafické výstupy z měření proudu odebíraného simulátorem,
napětí resp. míry vjemu blikání ve vybraném uzlu a světelného toku resp. objektivní míry vjemu blikání
světelných zdrojů připojených do vybraného uzlu, jsou prezentovány ve formě číselných i grafických výstupů
s možností exportu dat (například v podobě obrázků, nebo datové formě pro import do jiných SW). V případě
3
překročení limitů, mezi které patří maximální definovaná velikost odebíraného proudu a limity vstupů měřícího
převodníku (pro zamezení nesprávného měření), je GUI vybaveno vizuálními alarmy, jejímž účelem je
upozornit obsluhu na nepřijatelný stav.
Obr. 3. Čelní panel ovládacího a měřícího SW
Správná funkce všech měřících a řídících funkcí realizovaných prostřednictvím SW běžícím na PC s HW
rozhranním připojeným přes USB určuje minimální HW požadavky na použité PC a OS.
4
2 Instalace a SW, HW požadavky
2.1 SW installation
This section documents installation instructions for Flicker Simulator SW.
1.
2.
3.
Open instalation volume and run setup.exe file.
Follow the installer instalation instructions.
Restart PC if asked and then run FlickerSimulator.exe file.
2.2 System Requirements
System Use
RAM
Processor
Hard drive space
Graphics and Display res.
Deployment
1 GB
1 GHz or better
500 MB
1366x768 or bigger
2.3 Software Support in Flicker Simulator SW
2.3.1 Operating System Support
The following operating systems are supported in Flicker Simulator SW v1.0.0:

Windows XP (32-bit)

Windows 7 (32-bit and 64-bit)

Windows 8 (32-bit and 64-bit)

Windows 10 (32-bit and 64-bit)
Note The SW is tested on Win 7 64-bit only
2.3.2 NI Application Software Support
The following table lists the NI application software versions supported in Flicker Simulator SW v1.0.0.
NI Application Software
Supported Versions
LabVIEW Real-Time Module
2013 SP1 f5
DAQmx module
14.2
Note All of those packages are part of instalation distribution.
2.4 Device Support in Flicker Simulator SW
The following lists detail the devices supported in Flicker Simulator SW.

NI USB 6009

NI USB 6002

NI USB 6003
5
3 Ovládání
3.1 Main panel – left side menu
See Obr. 3 for reference.
Play Run measurement and signal generation. Button is accessible only if a device in
Settings dialog is selected.
Stop Stops measurement and signal generation. Measurement and generation is stopped
also in a case an error is detected.
Hold Holds measured values and graphs.
Freeze Allows freezing graphs update in order to reduce CPU load.
Settings. Measurement, generation and diagnostics settings. See chapter 3.2.
About. Information about SW and access to the Licence agreement and to activation dialog.
See chapter 3.3.
EXIT Terminates programe.
3.2 Settings dialog
Transducers
V - transducer ratio. Adjusted according to
used voltage transducer ratio. Limits in
setting are applied.
A - transducer ratio. Adjusted according to
used current transducer ratio. Limits in
setting are applied.
Limits setup
Ipk limit (A). Current peak limit. Given by
used transducer maximum current. Used for
diagnostic purposes.
Irms limit (A). Current RMS value limit.
Chosen with respect to allowed loading of
the circuit components. Used for diagnostic
purposes.
pk limit (V). Luminous flux peak value limit
in volts. Determined by maximum achievable
voltage value of the light sensor output.
Used for diagnostic purposes. Typical value is
of 4 V.
DAQ and control HW
Device. Choose an appropriate device. NI USB 6000 multifunction cards are expected (6009/6002/6003). DAQ
device automatically detected when connected. Required/expected connection of I/O terminals:
- AI0+ to AI0-: output of light sensor,
- AI1+ to AI1-: output of voltage transducer,
6
- AI2+ to AI2-: output of current transducer,
- A00+ to GND: input of phase regulation relay,
- D0(P1.3) to GND: input of ZCS SSR relay.
The option is available only in full mode (subject to full licence) and after the SW activation. Moreover
simulation mode checkbox has to be unchecked.
Simulation mode. Check to choose simulation mode. It is checked permanently if the SW is not activated.
Acquisition
Sampling Rate, fs (S/s). Sampling rate has to be in consonance with rates supported by digitizer! If any nonsupported rate is chosen an automatic correction to closest supported value is made. Actual
corrected/uncorrected value is shown in the dialog after its reopening. Final sampling rate has to be
commensurable to 4! High sampling rates may load system too much, thus the SW will not be executed
appropriately and it may lead to fail in measurement or in driving signals generation!
Number of samples, #S (-). Number of samples per frame/loop. It has to be even integral number chosen in
relation to adjusted sampling rate to obtain loop time duration in range from 0.5 to 2 s!
Loop time (s). Indicates final loop time duration.
System
System. Designating frequency for synchronization and system parameters for flickermeters adjustment.
Choose it according to the supply system rated parameters (voltage and frequency)
Half-period RMS values computation
DC component elimination. DC component elimination method, [none, HP filter]. If 1/2p RMS values are
calculated, the DC component has to be removed from signal otherwise the rms values behavior is affected.
HP filter time constant (s). High-pass filter time constant used to remove DC component from measured
current and voltage. Optimal value is of 0.5 s.
Parameters of the flickermeters
LP filter time constant (s). Low-pass filter time constant of the flickermeters adaptor block. Value specified by
the standard IEC 61000-4-15 is of 27.3 s. It has an effect on the flickermeter output stabilization time. If
necessary, in order to speed up stabilization, a value of 10 s can be chosen, but it will has an effect on Pst in a
case of small number of changes per minute.
IEC FM calibration constant (-). The IEC flickermeter calibration constant. Adjusted by means of calibration.
Objective FM calibration constant (-). The objective flickermeter calibration constant. Adjusted by means of
calibration.
Tst (s). Length of Tst observation interval used for Pst determination. Normally it is 10 minutes. In order to
speet up experiments it is allowed to decrease the value to, for instance, 5 or 10 s. It should be integral
multiple of the Pinst window length, more accurately, of the measuring window time.
Pinst window length (s). Length of the Pinst graphs window. It is of integral multiple of the acquisition loop
window length/measuring window time.
Pst window length (s). Length of the Pst graphs window. It should be equal or bigger than Tst at least. In order
to see Pst vs. time behaviour it should be 6 times Tst at least.
Errors dialog
Status. Status is TRUE (X) if an error occurred or FALSE (checkmark) to indicate a warning or that no
error occurred. Right-click the error panel and select Explain Error or Explain Warning from the
7
shortcut menu for more information about the error.
Code. Code is the error or warning code. Right-click the code field and select Explain Error or Explain
Warning from the shortcut menu for more information about the error.
Close. Close window and apply settings. The settings are applied continuously once a change is made.
3.3 About dialog
OK. Terminates the dialog.
Licence. It opens the SW Licence
agreement.
Manual.
manual.
It
opens
the
SW
Activate. Activation dialog for
activation code insertion is
opened.
3.4 Phase regulation SSR controls and indicators
Relay OFF
Relay ON
Magnitude limit (%RMSmax). Current magnitude limitation related
to maximal achievable value. [15, 100] %
Start Changes
Variation type. Shape of RMS current variation. [Sine, Triangle,
Rectangular, Sawtooth, Inverse sawtooth]
Variation frequency (Hz). Variation frequency of current demand.
[0.01, 25] Hz
Variation depth (%). Variation depth in %.
magnitude limit.
Variable based on
Slide. Indication of AO voltage level related to 0-10 V range.
Rload. Color is proportional to the flowing current level - rms.
Starting from black (0 A) to red.
8
3.5 ZCS SSR controls and indicators
Relay OFF
Relay ON
Start Changes
Switching frequency (Hz). Switching frequency selector [0.05 25] in
Hz.
Duty cycle (%). Switching duty cycle selector in %. The default is 50%
if allowed.
Diode. Indication of DO state.
Rload. Color indicates flowing current level.
3.6 Model network indicators
Source lamp. Source becomes red if supply is detected.
Lamp. Light is switched on (yellow) automatically when appropriate light level is detected.
V-transducer ratio. Adjusted ratio of the used voltage transducer. See chapter 3.2.
A-transducer ratio. Adjusted ratio of the used current transducer. See chapter 3.2.
System frequency, f (Hz). PLL based estimated system frequency of measured voltage. It is blinking if
synchronization fails. Synchronization works in range of 80% to 120% from system nominal frequency (see
chapter 3.2).
3.7 Interface indicators
Device. Indicates chosen interface device. Make a selection in
the Settings dialog if it is blinking.
Error indicator. Red light indicates errors in program
execution. Check for an error and its explanation in Settings
dialog.
9
3.8 Luminous flux measurement indicators
Flux DC,  (Vdc). Measured luminous flux DC value in volts
(measuring window is equal to adjusted loop time duration). The
field is blinking if measured peak level exceeds specified limit (see
Settings dialog).
Instantaneous flicker, Pf (-) Instantaneous flicker level of the
Light flickermeter (see chapter 3.2 for settings).
Short-Term Flicker, Pst (-). Short-term flicker severity index.
Value corresponds to the settings (see chapter 3.2).
Luminous Flux Behaviour. Graph of instantaneous luminous flux
(in volts) captured in measuring window.
Pf->Pst Switch. It switches signal in graph from instantaneous
flicker level to short-term flicker index and visa versa.
Light Flicker Level graph. Instantaneous flicker level or short-term
flicker index vs. time.
3.9 Voltage measurement indicators
Votage RMS, V (Vrms). Circuit voltage RMS value (measuring
window is equal to adjusted loop time duration).
Instantaneous flicker, Pf (-) Instantaneous flicker level of the IEC
flickermeter (see chapter 3.2 for settings).
Short-Term Flicker, Pst (-). Short-term flicker severity index.
Value corresponds to the settings (see chapter 3.2).
v->Vrms Switch. It switches signal in graph from instantaneous
voltage level to rms value and visa versa.
Network Voltage. Instantaneous voltage magnitude or rms value
behaviour vs. time.
Pf->Pst Switch. It switches signal in graph from instantaneous
flicker level to short-term flicker index and visa versa.
Voltage Flicker Level . Instantaneous flicker level or short-term
flicker index vs. time.
10
3.10 Current measurement indicators
Current RMS, I (Arms). Circuit current RMS value (measuring
window is equal to adjusted loop time duration). The field is
blinking if measured current level exceeds specified limits for
peak or RMS value (see Settings dialog).
i->Irms Switch. It switches signal in graph from instantaneous
current magnitude to rms value and visa versa.
Network Current. Instantaneous voltage magnitude or rms value
behaviour vs. time.
11