Віртуальний вимірювальний комплекс для дослідження перехідних процесів в електричних колах довільної конфігурації
Розглянуто розроблений віртуальний вимірювальний комплекс для дослідження перехідних процесів в електричних колах. Отримано осцилограми напруг, струму й світлового потоку при перехідному процесі в теплових джерелах світла. Рассмотрен разработанный виртуальный измерительный комплекс для исследования...
Saved in:
| Published in: | Реєстрація, зберігання і обробка даних |
|---|---|
| Date: | 2006 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
2006
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50831 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Віртуальний вимірювальний комплекс для дослідження перехідних процесів в електричних колах довільної конфігурації / М.Г. Тарасенко, В.П. Коваль // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2006. — Т. 8, № 1. — С. 84-92. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860266028151341056 |
|---|---|
| author | Тарасенко, М.Г. Коваль, В.П. |
| author_facet | Тарасенко, М.Г. Коваль, В.П. |
| citation_txt | Віртуальний вимірювальний комплекс для дослідження перехідних процесів в електричних колах довільної конфігурації / М.Г. Тарасенко, В.П. Коваль // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2006. — Т. 8, № 1. — С. 84-92. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Реєстрація, зберігання і обробка даних |
| description | Розглянуто розроблений віртуальний вимірювальний комплекс для дослідження перехідних процесів в електричних колах. Отримано осцилограми напруг, струму й світлового потоку при перехідному процесі в теплових джерелах світла.
Рассмотрен разработанный виртуальный измерительный комплекс для исследования переходных процессов в электрических цепях. Получены осциллограммы напряжений, тока и светового потока при переходном процессе в тепловых источниках света.
The developed virtual measuring complex for research of transitional processes in electric circuits is considered. Oscillograms of voltage, current and light flux at a transitional process in the thermal sources of light are obtained.
|
| first_indexed | 2025-12-07T19:00:52Z |
| format | Article |
| fulltext |
84
УДК 621.317; 681.325
М. Г. Тарасенко, В. П. Коваль
Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя
вул. Руська, 56, 46001 Тернопіль, Україна
Віртуальний вимірювальний комплекс
для дослідження перехідних процесів
в електричних колах довільної конфігурації
Розглянуто розроблений віртуальний вимірювальний комплекс для дос-
лідження перехідних процесів в електричних колах. Отримано осцило-
грами напруг, струму й світлового потоку при перехідному процесі в
теплових джерелах світла.
Ключові слова: перехідний процес, аналого-цифровий перетворювач,
давач, комутуючий пристрій.
Постановка проблеми в загальному вигляді
В електричних колах завжди мають місце перехідні процеси, які виникають
при різноманітних комутаціях. Наслідком перехідних процесів можуть бути як
перенапруги, так і кидки струмів, які дуже часто приводять до суттєвого скоро-
чення терміну експлуатації окремих елементів електричних кіл, або до виникнен-
ня аварійних ситуацій. Саме тому кількісна та якісна інформація про хід перехід-
них процесів вкрай необхідна як для розробників, так і для експлуатаційників
електротехнічної продукції. Інформація про хід перехідних процесів завжди необ-
хідна й при розробці різноманітних адекватних математичних моделей окремих
елементів електричних кіл. У певній мірі це відноситься й до світлотехнічної про-
дукції, такої як лампи розжарення та розрядні лампи низького й високого тиску.
У зв’язку з тим що тривалість перехідних процесів в електричних колах дуже
часто мала (долі секунди), необхідні спеціальні прилади для їхньої фіксації та
спостереження.
Аналіз останніх досліджень і публікацій [1–6] показав, що на зміну тради-
ційним приладам, таким як запам’ятовуючі та електромеханічні осцилографи,
прилади з безперервним записом на папір тощо, прийшли різноманітні, так звані,
віртуальні комплекси (прилади), побудовані на основі застосування комп’ютерної
техніки. Процес перетворення персонального комп’ютера (ПК) у віртуальний ви-
мірювальний комплекс вимагає підключення аналого-цифрового перетворювача
(АЦП) для того, щоб можна було перейти від аналогових величин до дискретних,
© М. Г. Тарасенко, В. П. Коваль
Віртуальний вимірювальний комплекс для дослідження
перехідних процесів в електричних колах довільної конфігурації
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2006, Т. 8, № 1 85
з якими працює ПК. ПК може керувати АЦП через послідовний і паралельний по-
рти [2], або безпосередньо через шини, якщо АЦП виконаний у вигляді спеціалі-
зованої плати розширення, що монтується в роз’єм PCI [1].
Існуючі віртуальні прилади, як правило, працюють за принципом мультимет-
ра, осцилографа або генератора [4–6]. У той час, як у колах змінного струму при
дослідженні перехідних процесів важливим є момент часу (фазовий кут увімкнен-
ня), у який відбувається комутація. Саме тому метою даної роботи й стали роз-
робка й виготовлення віртуального вимірювального комплексу для дослідження
перехідних процесів в електричних колах довільної конфігурації, використання
якого б дозволило:
— керувати моментом початку перехідного процесу;
— замість традиційних електровимірювальних приладів використати давачі,
сигнали з яких перетворюються АЦП у цифрову форму й опрацьовуються ПК за
заданою програмою [2];
— досліджувані сигнали графічно відобразити на моніторі та (або) роздруку-
вати на аркуші паперу (отримати тверду копію) [1];
— зберегти результати досліджень як у числовому, так і в графічному вигляді;
— на основі отриманих числових даних побудувати осцилограми перехідного
процесу не тільки в спеціалізованій програмі, а й в інших програмах математич-
ного характеру, наприклад, Microsoft Excel, MathCAD тощо;
— проводити математичну обробку результатів досліджень;
— написати таке програмне забезпечення, яке найбільше відповідатиме ви-
могам, що поставлені перед вимірюваннями.
Керування моментом початку перехідного процесу реалізовується завдяки
використанню функціональних можливостей паралельного порту ПК — LPT. Так,
до LPT приєднується комутуючий пристрій, через який подається живлення до
системи. Для того щоб комутуючий пристрій спрацював, потрібно записати в
порт LPT число від 0 до 255. У результаті на каналах порту Data0 – Data7
з’явиться число у двійковому вигляді — логічний рівень «0» або «1» Наприклад,
при запису числа 170 (10101010) одиничний сигнал буде присутній на Data1,
Data3, Data5, Data7. У нашому випадку комутуючий пристрій приєднується до ка-
налу Data1. У випадку «1» на цьому каналі подається живлення на систему, а як-
що «0» — ні.
Відповідно до вищезазначених вимог до складу віртуального вимірювального
комплексу входять:
— персональний комп’ютер (необхідні модулі, АЦП і програмне забезпечен-
ня);
— комутуючий пристрій;
— давачі вимірюваних параметрів (струм, напруга, світловий потік тощо);
На рис. 1 наведено структурну схему віртуального вимірювального комплексу.
Для забезпечення необхідної точності й швидкості при вимірюваннях потріб-
но застосовувати промислові АЦП, які монтуються в PCI-роз’єм комп’ютера. У
нашому випадку це АЦП SDI-ADC14-32H.
М. Г. Тарасенко, В. П. Коваль
86
Порівняно висока розрядність вибраного АЦП (14 біт) забезпечує необхідну
точність оцифрованих сигналів у діапазоні напруг ±5 В – ±0,05 В. При напругах
нижчих за 0,05 В потрібно використовувати підсилювачі.
Давач 1
Давач 2
Давач 3
Давачі 4...128
А
Ц
П
Системний
блок
П
ри
ст
ро
ї в
во
ду
-в
ив
од
у
(к
ла
ві
ат
ур
а,
м
он
іт
ор
, п
ри
нт
ер
)
LP
T Комутуючий
пристрій
Рис. 1. Структурна схема віртуального вимірювального комплексу для дослідження
перехідних процесів в електричних колах довільної конфігурації
Електрична схема комутуючого пристрою складається із двох частин: схеми
живлення (1) і комутуючої схеми (2) (рис. 2).
Рис. 2. Електрична схема комутуючого пристрою
У схемі комутуючого пристрою в якості комутуючого елемента вибрано си-
мистор VS1. Це обумовлено тим, що час увімкнення й вимкнення в нього, як по-
казали дослідження, помітно менший ніж у оптосимистора. При використанні си-
мистора виникає проблема створення схеми гальванічної розв’язки, в якості якої
використано діодну оптопару OP1.
Віртуальний вимірювальний комплекс для дослідження
перехідних процесів в електричних колах довільної конфігурації
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2006, Т. 8, № 1 87
Схема живлення призначена для формування відкриваючого й утримуючого
постійного струму керуючого електрода симистора VS1. Він подається через тра-
нзистори VT1 і VT2, які працюють у ключовому режимі. При поданні на базу
транзистора VT1 відкриваючої напруги з каналу Data1 LPT-порту через діодну
оптопару OP1, він відкривається, у результаті чого симистор комутує електричне
коло, до якого входить досліджувана система (Н).
Згідно з вище поставленими вимогами комутуючий пристрій має наступні
параметри:
— вхідний струм комутуючого пристрою з LPT-порту не більше 5 мА;
— максимальний струм і напруга комутації обмежуються параметрами сими-
стора (в нашому випадку струм рівний 10 А, а напруга — 600 В);
— у колі керування комутуючого пристрою використана гальванічна розв’язка.
Універсальність персонального комп’ютера дозволяє написати програмне за-
безпечення, яке б задовольняло вимогам, що поставлені перед вимірюваннями.
Так, даний віртуальний вимірювальний комплекс було використано для дослі-
дження перехідних процесів у теплових джерелах світла — лампах розжарення
(ЛР) при змінній напрузі живлення 220 В, 50 Гц. В основу досліджень покладено
спостереження за змінами таких параметрів як: напруга мережі живлення, напруга
на лампі, струм лампи та її світловий потік. Відповідно до цього сконструйовано
давачі напруги, струму й світлового потоку. Давач струму являє собою високото-
чний резистор опором 0,1 Ом і потужністю 5 Вт, включений послідовно з лампою
для спостереження за змінами струму в електричному колі. Давач напруги — ви-
сокоточний подільник напруги. Давач світлового потоку — кремнієвий, корегова-
ний під видимість людського ока, фотоелемент для спостереження за зміною світ-
лового потоку лампи.
При дослідженнях було використано персональний комп’ютер із такими ха-
рактеристиками:
— процесор: Celeron 900;
— RAM 256 Мб;
— жорсткий диск: 20 Гб;
— ОС: Windows XP;
— мова програмування: Pascal.
Згідно з алгоритмом роботи (рис. 3) віртуальний вимірювальний комплекс
працює наступним чином. У програмі потрібно задати затримку за часом tз, яка
відбудеться після індикації переходу напруги мережі живлення через «0», і кіль-
кість точок (даних) m, яку потрібно зчитати. Якраз цією затримкою й задається
початкова фаза напруги мережі φп у момент включення лампи. Після цього з дава-
ча напруги мережі її величина uм надходить на АЦП і опрацьовується програмою.
Якщо абсолютна величина напруги мережі |uм| менша за деяке задане в програмі
значення u (момент переходу напруги мережі живлення через «0») починається
відлік часу, який рівний tз. Після затримки на LPT-порт поступає сигнал на вклю-
чення — комутуючий пристрій подає живлення на джерело світла. У цей момент:
1) АЦП починає опитувати давачі напруги (uл), струму (Іл) і світлового потоку
(Fл); 2) отримані дані опрацьовується програмою; 3) записуються у файл. Саме ці
три дії й забезпечують отримання реальних миттєвих значень параметрів із сигна-
М. Г. Тарасенко, В. П. Коваль
88
лів, які надходять із давачів у визначені моменти часу. Опитування триває до того
моменту, коли кількість отриманих даних n не перевищить m. Саме задання за-
тримки перед включенням дає можливість дослідити вплив включення лампи при
різних значеннях напруги мережі живлення (протягом першої півхвилі від момен-
ту переходу через «0») на характер поведінки вищевказаних параметрів.
Віртуальний вимірювальний комплекс для дослідження
перехідних процесів в електричних колах довільної конфігурації
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2006, Т. 8, № 1 89
Рис. 3. Алгоритм роботи
При використанні редактора електронних таблиць Excel, на основі отриманих
числових даних, будуються графіки миттєвих значень (осцилограми) напруги (u),
Початок
Ввести t з , m
Зчитування u м
| u м |< u
Н І ТАК
Затримк а t з
Включення ЛР
Обробка u л
п = n + 1
n > m
Н І ТАК
Кінець
n = 1
Обробка І л
Обробка Ф
М. Г. Тарасенко, В. П. Коваль
90
струму (i), і світлового потоку (Ф) ЛР, починаючи з моменту індикації переходу
напруги мережі живлення через «0».
При використанні даної установки були зняті осцилограми (рис. 4) перехід-
ного процесу в ЛР потужністю від 25 до 300 Вт.
-350
-250
-150
-50
50
150
250
350
0 20 40 60 80 100 120 140 t, mс
Uл, В
Іл, А*100
Fл
Рис. 4. Осцилограми наруги, струму й світлового
потоку при перехідному процесі в ЛР Б 230-25
Така властивість даного віртуального вимірювального комплексу, як керу-
вання моментом початку перехідного процесу, дозволяє моделювати роботу де-
яких електричних пристроїв: тиристора, діода, симистора тощо. У випадку симис-
тора комутуючий пристрій комутує із частотою, що дорівнює частоті досліджува-
ного періодичного сигналу (в ідеалі 50 Гц). Проте, момент комутації можна зсува-
ти за фазою відносно досліджуваного сигналу на деяке значення φп. На рис. 5 на-
ведено осцилограми напруги мережі, напруги на ЛР і струму при φп = 90°.
При проведенні вимірювань вище зазначених величин максимальна похибка
вимірювань склала Δ = 0,36 % при використанні двох високоточних резисторів
C2-14 (подільник напруги) з класами точності 0,1 і АЦП SDI-ADC14-32H з зага-
льною похибкою при роботі без підсилення в діапазонах від +5 до –5 В, яка скла-
дає 0,16 %. Частота дискретизації для даного випадку становить 10 кГц, що ціл-
ком задовольняє потреби на частоті вхідного сигналу 50 Гц. При використанні
іншого апаратного й програмного забезпечення ці параметри можуть змінитися.
Віртуальний вимірювальний комплекс для дослідження
перехідних процесів в електричних колах довільної конфігурації
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2006, Т. 8, № 1 91
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
0 0,06 0,12 0,18
t, с
Uм, Іл*100, Uл
Рис. 5. Осцилограми наруги мережі, напруги на лампі та струму при формуванні й поданні
керуючого сигналу симистора в момент φп = 90°:
▬▬ напруга на лампі; ········ напруга мережі; струм лампи
Висновки
При проведенні вимірювань виявлено ряд переваг даного віртуального вимі-
рювального комплексу в порівнянні з існуючими:
— можливість комутацій досліджуваних електричних кіл у потрібні моменти
часу, з дискретністю 10 кГц, яка обумовлена характеристиками комутуючого еле-
мента;
— різноманітність і гнучкість програмного забезпечення для проведень різ-
ного роду вимірювань;
— можливість подальшого опрацювання результатів досліджень у різного
виду програмах (MathCAD, Excel тощо).
Перспективами подальшої роботи є: 1) застосування об’єктно-орієнтовного
програмування для покращення роботи програм у середовищі Windows і належ-
ного графічного оформлення інтерфейсу; 2) застосування віртуального вимірюва-
льного комплексу для дослідження перехідних процесів у ЛР та розрядних лампах
високого й низького тиску з метою створення адекватних математичних моделей.
1. Гегель П. Как превратить персональный компьютер в измерительный комплекс: Пер. с фр.
А.Э. Бряндинского / Под ред. Г.В. Куликова. — М.: ДМК, 1999. — 122 с.
М. Г. Тарасенко, В. П. Коваль
92
2. Георгобиани С.А., Клыков М.Е. и др. Автоматизированая контрольно-измерительная уста-
новка для проверки электрических и тепловых характеристик электромагнитных ПРА // Светотех-
ника. — 2004. — № 3. — С. 2–5.
3. Комбинированный прибор — приставка к компьютеру АСК-4106 (генератор+осцилло-
граф) (AKTAKOM). — http://www.aktakom.ru.
4. Романов В. Виртуальные осциллографы // Электронные компоненты и системы. — 2000.
— № 3. — С. 43.
5. Романов В. Виртуальные мультиметры // Электронные компоненты и системы. — 2000. —
№ 5. — С. 41.
6. Романов В. Виртуальные приборы // Электронные компоненты и системы. — 2000. —
№ 9. — С. 46–47.
Надійшла до редакції 19.01.2006
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-50831 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1560-9189 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T19:00:52Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Інститут проблем реєстрації інформації НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Тарасенко, М.Г. Коваль, В.П. 2013-11-04T18:54:47Z 2013-11-04T18:54:47Z 2006 Віртуальний вимірювальний комплекс для дослідження перехідних процесів в електричних колах довільної конфігурації / М.Г. Тарасенко, В.П. Коваль // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2006. — Т. 8, № 1. — С. 84-92. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. 1560-9189 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50831 621.317; 681.325 Розглянуто розроблений віртуальний вимірювальний комплекс для дослідження перехідних процесів в електричних колах. Отримано осцилограми напруг, струму й світлового потоку при перехідному процесі в теплових джерелах світла. Рассмотрен разработанный виртуальный измерительный комплекс для исследования переходных процессов в электрических цепях. Получены осциллограммы напряжений, тока и светового потока при переходном процессе в тепловых источниках света. The developed virtual measuring complex for research of transitional processes in electric circuits is considered. Oscillograms of voltage, current and light flux at a transitional process in the thermal sources of light are obtained. uk Інститут проблем реєстрації інформації НАН України Реєстрація, зберігання і обробка даних Технічні засоби отримання і обробки даних Віртуальний вимірювальний комплекс для дослідження перехідних процесів в електричних колах довільної конфігурації Виртуальный измерительный комплекс для исследования переходных процессов в электрических цепях произвольной конфигурации Virtual Measuring Complex for Research of Transitional Processes in the Electric Circuits of Arbitrary Configuration Article published earlier |
| spellingShingle | Віртуальний вимірювальний комплекс для дослідження перехідних процесів в електричних колах довільної конфігурації Тарасенко, М.Г. Коваль, В.П. Технічні засоби отримання і обробки даних |
| title | Віртуальний вимірювальний комплекс для дослідження перехідних процесів в електричних колах довільної конфігурації |
| title_alt | Виртуальный измерительный комплекс для исследования переходных процессов в электрических цепях произвольной конфигурации Virtual Measuring Complex for Research of Transitional Processes in the Electric Circuits of Arbitrary Configuration |
| title_full | Віртуальний вимірювальний комплекс для дослідження перехідних процесів в електричних колах довільної конфігурації |
| title_fullStr | Віртуальний вимірювальний комплекс для дослідження перехідних процесів в електричних колах довільної конфігурації |
| title_full_unstemmed | Віртуальний вимірювальний комплекс для дослідження перехідних процесів в електричних колах довільної конфігурації |
| title_short | Віртуальний вимірювальний комплекс для дослідження перехідних процесів в електричних колах довільної конфігурації |
| title_sort | віртуальний вимірювальний комплекс для дослідження перехідних процесів в електричних колах довільної конфігурації |
| topic | Технічні засоби отримання і обробки даних |
| topic_facet | Технічні засоби отримання і обробки даних |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50831 |
| work_keys_str_mv | AT tarasenkomg vírtualʹniivimírûvalʹniikompleksdlâdoslídžennâperehídnihprocesívvelektričnihkolahdovílʹnoíkonfíguracíí AT kovalʹvp vírtualʹniivimírûvalʹniikompleksdlâdoslídžennâperehídnihprocesívvelektričnihkolahdovílʹnoíkonfíguracíí AT tarasenkomg virtualʹnyiizmeritelʹnyikompleksdlâissledovaniâperehodnyhprocessovvélektričeskihcepâhproizvolʹnoikonfiguracii AT kovalʹvp virtualʹnyiizmeritelʹnyikompleksdlâissledovaniâperehodnyhprocessovvélektričeskihcepâhproizvolʹnoikonfiguracii AT tarasenkomg virtualmeasuringcomplexforresearchoftransitionalprocessesintheelectriccircuitsofarbitraryconfiguration AT kovalʹvp virtualmeasuringcomplexforresearchoftransitionalprocessesintheelectriccircuitsofarbitraryconfiguration |