Ez a weboldal sütiket használ, hogy a lehető legjobb felhasználói élményt nyújthassuk. A cookie-k információit tárolja a böngészőjében, és olyan funkciókat lát el, mint a felismerés, amikor visszatér a weboldalunkra, és segítjük a csapatunkat abban, hogy megértsék, hogy a weboldal mely részei érdekesek és hasznosak.
Harmonikus-frekvencia kalibrálás a pontos teljesítményméréshez
Az e-mérők kalibrálása létfontosságú, ha magas frekvencián, nagy felharmonikusokkal dolgoznak. Ennek elmulasztása helytelen mérést és leolvasást eredményez. A felharmonikusok nagy pontosságú mérésére egyszerű megoldások állnak rendelkezésre.
Magasabb frekvencián történő működés esetén az elektronikus mérőműszerek nem mindig képesek megbízhatóan mérni az áramot és a feszültséget. A klasszikus kalibrálás 50 Hz-en történik – de a magasabb felharmonikusokat nem kalibrálják, és ezért rosszul mérik. Az ebből eredő hibahatár a magasabb harmonikusok esetében nagyobb.
A felharmonikusok mérése nagyobb követelményeket támaszt a mérőműszerekkel (esetünkben a mérőműszerekkel) szemben. A nagyobb mintavételi sebesség gyorsabb AD átalakítókat és több processzor számítási teljesítményt igényel az adatfeldolgozáshoz. Ezek a problémák ismertek és jól le vannak írva. Amiről azonban soha nem esik szó, az a kalibrálás gyakorisága. Ez nem meglepő, mert a mai szabványok nem befolyásolják a hálózat állapotát.
Hogyan viselkedik a feszültség- és áramérzékelő magasabb frekvenciákon?
Az elektromos teljesítmény és következésképpen az elektromos energia kiszámításához mindkét jelet – a feszültséget és az áramot – pontosan meg kell mérni és digitalizálni kell. A jelek nagysága mellett a köztük lévő fáziseltolódás is döntő fontosságú. Mindkét csatorna magából az érzékelőből (ellenállásos feszültségosztó, áramváltó), majd erősítőkből, aluláteresztő szűrőkből (LPF) és végül az analóg-digitális átalakítókból (ADC) áll.
Az összes komponens kissé megváltoztatja a jel nagyságát és fázisát – ezért a csatornákat teljes rendszerként kell vizsgálni, nem pedig egyes elemeket.
Az áramcsatorna válasza magaspass karakterisztikából (áramváltó) és mélypass karakterisztikából (következő LPF) áll. A feszültségcsatorna válaszát csak az aluláteresztő szűrő karakterisztikái képviselik.
Nyilvánvaló, hogy a frekvenciatartományon belül jelentős fáziseltolódás tapasztalható a jelben. Ezért kalibrációt kell alkalmazni az elektromos teljesítmény helyes kiszámításához.
Kalibrálási folyamatok egyszerűsítése
Az energiamérő gyártási folyamata során a kalibrálásnak a lehető leggyorsabbnak és legegyszerűbbnek kell lennie, ezért nem célszerű az összes ponton (30 pont) elvégezni, mint az alábbi képeken látható.
A csatornahibák és a frekvencia közötti kapcsolat könnyen leírható a HPF és LPF átviteli függvényeinek kombinációjával. Ekkor valóban csak néhány pontot kell mérni. Az alábbi képen látható folytonos vonalak egy hárompontos kalibrációs folyamat eredményeit mutatják. A névleges frekvenciát (50 Hz) és a tizedes többszörösét – 500 Hz és 5000 Hz (10. és 100. harmonikus) – választottuk.
A mért és a számított hárompontos kalibrációs frekvenciafüggés hibái közötti különbségek elfogadhatóak. Az eltérések az áram- és a feszültségcsatornák esetében a fázis- és az arányhibák 0,2 foknál, illetve 0,2%-nál kisebbek.
Mindkét csatornán – feszültség és áram – a hibák frekvenciafüggésének leírásához mindössze nyolc kalibrációs állandóra van szükség. Mindezek a konstansok az FPGA-ban vannak tárolva, amely az FFT-folyamatot követően képes az összes diszkrét frekvenciára korrekciókat kiszámítani. A korrekció alkalmazása az FFT-számítások eredményeire biztosítja, hogy a frekvenciakomponensek nagysága és fázisa helyes legyen, és a számított elektromos teljesítményt ne befolyásolja.
A csatorna viselkedésével és korlátaival kapcsolatos megfontolások
A korrekciós módszer használata feltételezi a csatornák változatlan viselkedését a valós feltételek. Ebben a cikkben lineáris egyenáramú toleráns áramváltót használtak. Ezek a CT-k jelentős, de szinte állandó fázishibával rendelkeznek (50 Hz-en kb. 4 fok). Ez a hiba még egyenáram jelenléte esetén is állandó.
Ezzel szemben az energiamérőkben is használt kétmagos CT-k képesek mérni az egyenáram jelenlétével, de a fázishiba megváltozik, amikor az egyenáram megjelenik. Ezért ez a fázishiba nem korrigálható, mivel az egyenáramról nincs információ az energiamérőben.
Következtetés
Megmutattuk, hogy a CT-k egyszerű frekvenciakalibrálása nagyon kis hibával elvégezhető. Az összes kalibrációs számítást FPGA-ban végezzük. Ez a megoldás lehetővé teszi a nagyfrekvenciás energia pontos mérését, és melléktermékként a hálózatban lévő feszültség és áram frekvenciaelemzésének kidolgozását.