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
