معايرة التردد التوافقي لقياسات طاقة دقيقة

تُعد معايرة أجهزة القياس الإلكترونية أمرًا حيويًا عند التشغيل بترددات عالية ذات التوافقيات العالية. سيؤدي عدم القيام بذلك إلى قياس وقراءات غير صحيحة. تتوفر حلول بسيطة لقياس التوافقيات بدقة عالية.

عند التشغيل على ترددات أعلى لا تكون العدادات الإلكترونية قادرة دائمًا على قياس التيار والجهد بشكل موثوق. تتم المعايرة التقليدية عند 50 هرتز – ولكن التوافقيات الأعلى لا تتم معايرتها وبالتالي يتم قياسها بشكل سيئ. وبالتالي يكون هامش الخطأ الناتج أكبر بالنسبة للتوافقيات الأعلى.

يضع قياس التوافقيات متطلبات أكبر على أجهزة القياس (العدادات في حالتنا). يتطلب معدل أخذ العينات الأعلى محولات AD أسرع وقدرة حسابية أكبر للمعالج لمعالجة البيانات. هذه المشكلات معروفة وموصوفة جيدًا. ولكن ما لم تتم مناقشته حقًا هو تواتر المعايرة. وهذا ليس مفاجئًا، لأن معايير اليوم لا تؤثر على حالة الشبكة.

ما هو سلوك مستشعر الجهد والتيار عبر الترددات الأعلى؟

لحساب الطاقة الكهربائية، وبالتالي الطاقة الكهربائية، من الضروري قياس ورقمنة كلتا الإشارتين – الجهد والتيار – بدقة. وبصرف النظر عن مقدار الإشارات، فإن إزاحة الطور بينهما أمر بالغ الأهمية. وتتكون كلتا القناتين من المستشعر نفسه (مقسم الجهد المقاوم ومحول التيار) متبوعًا بمضخمات ومرشحات تمرير منخفضة (LPF) وأخيرًا المحولات التماثلية إلى رقمية (ADC).

تغير جميع المكونات حجم الإشارة وطورها بشكل طفيف – وبالتالي يجب اختبار القنوات كنظام كامل، بدلاً من العناصر الفردية.

تتكون استجابة القناة الحالية من خصائص تمرير عالٍ (محول التيار) وخصائص تمرير منخفض (بعد LPF). يتم تمثيل استجابة قناة الجهد فقط بخصائص مرشح التمرير المنخفض.

من الواضح أن هناك انزياحًا كبيرًا في طور الإشارة ضمن نطاق التردد. وبالتالي، يجب استخدام المعايرة من أجل حساب الطاقة الكهربائية بشكل صحيح.

تبسيط عمليات المعايرة

يجب أن تكون المعايرة أثناء عملية تصنيع مقياس الطاقة سريعة وسهلة قدر الإمكان، وبالتالي ليس من المناسب القيام بها في جميع النقاط (30 نقطة) كما في الصور أدناه.

يمكن وصف العلاقة بين أخطاء القناة والتردد بسهولة من خلال الجمع بين دالات نقل الترددات العالية والترددات المنخفضة. ثم لا يلزم قياس سوى بضع نقاط فقط. تمثل الخطوط المتصلة في الصورة أدناه نتائج عملية معايرة من ثلاث نقاط. تم اختيار التردد الاسمي (50 هرتز) والمضاعفات العشرية – 500 هرتز و5000 هرتز (التوافقيات العاشرة والمائة).

الاختلافات بين التردد المقاس والمضاعفات العشرية المحسوبة لتردد المعايرة ثلاثية النقاط مقبولة. الفروق أقل من 0.2 درجة و0.2% من أخطاء الطور والنسبة على التوالي لقنوات التيار والجهد.

هناك ثمانية ثوابت معايرة فقط ضرورية لوصف اعتماد الأخطاء على التردد في كلتا القناتين – الجهد والتيار. يتم تخزين كل هذه الثوابت في FPGA، والتي يمكنها حساب التصحيحات لجميع الترددات المنفصلة بعد عملية تحويل الترددات المنفصلة. ويضمن تطبيق التصحيح على نتائج حسابات تحويل الترددات المنفصلة FFT صحة مقادير وأطوار مكونات التردد وعدم تأثر الطاقة الكهربائية المحسوبة.

اعتبارات سلوك القناة وحدودها

يفترض استخدام طريقة التصحيح السلوك الثابت للقنوات في الظروف الحقيقية. في هذه المقالة، تم استخدام محول تيار متحمل للتيار المستمر الخطي. هذه المحولات المقطعية لها خطأ طور كبير ولكن ثابت تقريبًا (حوالي 4 درجات عند 50 هرتز). وهذا الخطأ ثابت حتى مع وجود تيار مستمر.

وعلى النقيض من ذلك، فإن المحولات المقطعية ثنائية النواة المستخدمة أيضًا في عدادات الطاقة قادرة على القياس مع وجود التيار المستمر، ولكن خطأ الطور يتغير عند وجود التيار المستمر. لذلك، لا يمكن تصحيح خطأ الطور هذا لأنه لا توجد معلومات عن تيار التيار المستمر في مقياس الطاقة.

الخاتمة

لقد أظهرنا أنه من الممكن إجراء معايرة بسيطة لتردد أجهزة القياس المقطعية مع وجود خطأ بسيط جدًا. يتم إجراء جميع حسابات المعايرة في FPGA. يوفر هذا الحل القدرة على قياس الطاقة ذات التردد العالي بدقة، وكمنتج ثانوي، تطوير تحليل تردد الجهد والتيار في الشبكة.

هل تريد تجربة حلولنا لقياس الطاقة بدقة؟