Analizzatore di rete trifase

Esercitazione
Analizzatore di rete trifase - 1
Esercitazione
Analizzatore di rete trifase
1 - Oggetto
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Presentazione del Laboratorio di Misure Elettriche.
Misure di tensione e corrente con sonde a effetto Hall.
Misure di potenza attiva e reattiva.
Strumento virtuale per l’analisi di rete trifase.
2 - Strumentazione impiegata
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Trasduttori di tensione LEM CV3-1000.
Trasduttori di corrente LEM LAH 25-NP.
Scheda DAQ National Instruments PCI 6024E.
Software National Instruments Labview.
3 - Analizzatore di rete trifase
Il sistema di trasduzione
È stato realizzato uno strumento per l’analisi di un sistema trifase (a tre fili o a quattro fili)
basato su scheda di acquisizione dati ed elaborazione off-line dei dati campionati.
Per il sistema a tre fili, lo schema di inserzione Aron è rappresentato in Fig.3.1.
Fig.3.1 - Set-up sperimentale per l’inserzione dei trasduttori.
Le correnti di linea i1 e i3 sono state prelevate con due trasduttori di corrente (CT, Current
Transducer). Le tensioni concatenate v12 e v32 sono state prelevate con due trasduttori di
tensione (VT, Voltage Transducer).
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Misure sui Sistemi di Potenza
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Analizzatore di rete trifase - 2
Tutti i trasduttori sono basati sull’effetto Hall e pertanto consentono la separazione galvanica
del sistema di acquisizione dati dal sistema elettrico della rete 220/380 V.
1) Per le tensioni sono stati impiegati trasduttori LEM CV3-1000:
• Tensione nominale Vn = 700V e tensione di picco Vp = 1000V.
• Il rapporto di conversione è 1000V/10V.
• L’accuratezza nominale è 0,2% di Vn, la banda passante è da DC a 500 kHz (a –1dB).
2) Per le correnti sono stati impiegati trasduttori LEM LAH 25-NP:
• Corrente nominale In = 8/12/25A. Il conduttore che porta la corrente da misurare è stato
concatenato tre volte con il nucleo magnetico della sonda a effetto Hall.
• L’accuratezza nominale è 0,3% di In, la banda passante è da DC a 200 kHz (a –1dB).
• Il resistore d’uscita è 1kΩ ± 0,05% .
• Il rapporto di trasduzione realizzato è di 3,33A/10V.
Le uscite dei trasduttori sono tutte in tensione e sono portate su un’apposita morsettiera, dove
si è annotata la corretta polarità dei segnali (vedi in proposito il segno “+” riportato accanto a
uno dei due morsetti di ciascuna coppia, in Fig.3.1).
I segnali in uscita dai trasduttori sono acquisiti tramite una scheda DAQ montata entro un PC
e vengono elaborati con uno strumento virtuale sviluppato in ambiente LabView.
Calibrazione del sistema
È possibile effettuare una calibrazione preliminare dei trasduttori di tensione e corrente per
verificare la necessità di identificare eventuali fattori correttivi dei guadagni e degli offset.
Per realizzare la calibrazione, si è realizzata una semplice variazione delle connessioni
ordinarie dei conduttori di linea, dallo schema di Fig.3.1 a quello riportato in Fig.3.2.
Come risulta evidente, le tensioni e le correnti applicate in ingresso a ciascuna coppia di
trasduttori sono le stesse e pertanto le grandezze acquisite in uscita possono essere confrontate
con quelle di strumenti di riferimento per stabilire gli eventuali scostamenti.
Fig.3.2 - Schema delle connessioni per la calibrazione dei trasduttori.
Con le impostazioni del sistema, è stato rilevato che un trasduttore di corrente presenta un
offset sull’uscita di circa 100 mV e un leggero scarto sul guadagno nominale.
Questi scostamenti sono stati compensati via software.
Modalità di acquisizione
Lo schema di misura adottato indirizza le grandezze elettriche di interesse in quattro canali di
acquisizione secondo il seguente ordine: v12(t)→CH1; i1(t)→CH2; v32(t)→CH3; i3(t)→CH4.
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Misure sui Sistemi di Potenza
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Lo strumento virtuale realizzato, chiamato Three-Wire Power Analyser.VI, opera sui dati
campionati per realizzare le funzioni di signal processing, fra le quali quella di wattmetro
trifase. Lo strumento si sviluppa su più pagine.
Nella prima pagina, Acquire Waveforms (vedi Fig.3.3), sono impostati i parametri di
trasduzione e quelli di acquisizione. Inoltre si può impostare la scelta di salvare tutte le
grandezze acquisite su un file, oppure il richiamo da file dei dati salvati in altre occasioni.
Il software esegue quindi l’elaborazione dei segnali dei quattro canali CH1, CH2, CH3 e
CH4, tenendo conto dei guadagni di trasduzione, in modo da ottenere i valori in volt per la
tensione e in ampere per la corrente.
Inoltre si calcola la frequenza fondamentale su una delle forme d’onda, per esempio sul primo
segnale v12(t); e quindi si valuta il periodo e il numero di campioni Np in esso contenuti.
Con questa informazione, si valutano i valori efficaci delle tensioni e delle correnti e i valori
delle potenze attive, impiegando gli algoritmi:
Np
V12 =
1
Np
∑
V32 =
1
Np
Np
2
v12
,h
∑ v322 ,h
h =1
h =1
Np
I1 =
1
Np
∑
I3 =
1
Np
Np
h =1
i12,h
∑ i32,h
h =1
1
P12 =
Np
P32 =
1
Np
Np
∑ v12,h ⋅ i1,h
(3.1)
h =1
Np
∑ v32,h ⋅ i3,h
(3.2)
h =1
Fig.3.3 - Pannello frontale della pagina “Acquire Waveforms”.
Nella seconda pagina Voltage & Current vengono visualizzati gli andamenti istantanei di tutte
le tensioni e le correnti e se ne mostrano i valori efficaci e la frequenza (Fig.3.4).
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Misure sui Sistemi di Potenza
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Fig.3.4 - Pannello frontale della pagina “Voltage & Current”.
Fig.3.5 - Pannello frontale della pagina “Power”.
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Misure sui Sistemi di Potenza
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Analizzatore di rete trifase - 5
Nella pagina Power (Fig.3.5) sono visualizzati le potenze P12 e P32 e la potenza attiva totale
P. Di tutte le grandezze vengono presentati sia i valori istantanei che quelli medi.
Ricorrendo alle possibilità di calcolo del PC è possibile estrarre dai dati campionati molte
altre informazioni di interesse. Per esempio, nella stessa pagina Power sono presentati i valori
efficaci equivalenti delle grandezze elettriche del sistema trifase, calcolati in conformità al
documento IEEE Trial-Use Standard Definitions for the Measurement of Electric Power
Quantities (2000), del Power System Instrumentation and Measurements Committee, e le cui
definizioni sono stampate sul pannello frontale.
Analogamente, nella pagina Phase Voltages (Fig.3.6), vengono presentati gli andamenti
temporali di tutte le tensioni fase-neutro Ei. Inoltre, a titolo di esempio, si mostrano anche, per
la fase L1, le forme d’onda della tensione E1 e della corrente I1, dove è possibile apprezzare sia
il reciproco sfasamento temporale, sia la loro distorsione rispetto alla forma sinusoidale.
I valori delle ordinate sono riportati un perunit (p.u.), per una migliore visibilità.
La possibilità di ulteriori elaborazioni di signal processing è stata prevista in una pagina
finale, chiamata appunto Processing, nella quale possono essere facilmente implementati altri
algoritmi usuali o dedicati ad applicazioni specifiche.
Fig.3.6 - Pannello frontale della pagina “Phase Voltages”.
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