Monitorizarea Parametrilor unei Retele Electrice cu Ajutorul Labview [306195]

Cuprins

Capitolul 1: Introducere

1.1 Introducere în rețele electrice

Capitolul 2: Sisteme de achizitie

2.1 Arhitectura sistemelor de achizitie

2.2 Sisteme de achizitie de date (DAS)

2.3 Sisteme de generare a datelor (DGS)

2.4 Tehnici de interfatare

Capitolul 3: Programul LabVIEW

3.1 Notiuni introductive și componente generale

3.2 [anonimizat], paleta de functii

3.3 [anonimizat], subpaleta string

3.4 Modul de lucru

3.5 Tipuri de funcții

3.6 Funcții pentru valori alfanumerice

3.7 Elemente pentru reprezentări grafice

3.8 Aplicații

3.8.1 Aplicații demonstrative. Aplicație Ohm.vi

3.8.2 Aplicații mai dificile.

A) simularea comportării unui rezistor în curent alternativ

B) simularea comportării unui condensator în curent alternativ

C) simularea comportării unei bobine în curent alternativ

Capitolul 4: Calculul puterilor. [anonimizat], aparente

4.1 Calculul puterilor in circuitele monofazate

4.1.1 Puterea reală (P)

4.1.2 Puterea reactivă(Q)

4.1.3 Puterea aparentă(S)

4.1.4 Triunghiul puterilor

4.1.5 Factorul de putere

4.2 Masurarea puterii active și reactive în circuitele trifazate de current alternativ

4.2.1 Teorema generalizată (Blondel) a masurarii

4.2.2 [anonimizat]

4.2.3 [anonimizat]

4.2.4 [anonimizat]

4.2.5 [anonimizat] 5: Realizări practice

5.1 În regim monofazat

5.2 În regim trifazat

6. Concluzii, propuneri și direcții de dezvoltare viitoare.

7.Bibliografie

Introducere

Dezvoltarea sistemelor informatice și a [anonimizat] a căror funcții sunt implementate software și nu hardware.

[anonimizat] a parametrilor unei rețele electrice utilizând instrumentația virtuală.

Utilizând instrumentația virtuală am realizat o descriere a principalelor părti componente ale unui sistem de monitorizare a parametrilor unei rețele electrice. La partea practica am realizat o aplicație care consta în realizarea unui sistem de monitorizare a [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat], frecvența ale rețelei.

Capitolul 1 [anonimizat]. [anonimizat], alimentate de surse (generatoare electrice.)

Cea mai simplă rețea electrică este un circuit conținând o tensiune electromotoare E având o rezistență interioară r și ca sarcină un rezistor cu rezistența interioară R.

Societatea modernă industrializată utilizează cantități mari de energie. În zilele noastre există o preocupare privind resursele viitorului și a măsurilor necesare pentru conservarea lor.

Energia este o mărime fizică care se transformă dintr-o formă de manifestare în alta. Una din aceste forme este energia electrică pe care omul încearcă să o obțină datorită avantajelor mari cum ar fi :

costul redus al transportului la distanțe mari.

posibilitatea de a fi utilizată de mai mulți consumatori simultan.

reversibilitatea ei (posibilitatea de a se transforma în alte forme de energie: calorică, mecanică, luminoasă).

Energia electrică se obține utilizând: cărbune, petrol, gaze naturale ,energia vântului, apele curgătoare sau combustibili nucleari. Totalitatea instalațiilor necesare pentru producerea, transportul, distribuția și consumului de energie electrică se numește sistem electroenergetic. Complexul de instalații în care se produce energia electrică poartă numele de centrală electrică.

Centrale electrice pot fi clasice (termocentrale, hidrocentrale și centrale atomonucleare) sau cele neconvenționale (eoliene, solare, geotermice).

Producția de energie prin metodele considerate clasice reprezintă 90% din producția mondială.

Curiozități privind producția de energie electrică folosind surse neconvenționale :

În Franța, la Odeillo, se află un captator solar de mari dimensiuni prevăzut cu o oglindă concavă care se mișcă pentru a focaliza razele solare în scopul producerii energiei electrice.

Tot în Franța se află singura centrală de mari dimensiuni care utilizează forța mareelor în estuarul râului Rance. Turbinele amplasate pe baraj folosesc atât forța fluxului cât și pe cea a refluxului.

Aproximativ 10% din electricitatea Noii Zeelande este generată de apele geotermale din centrala Wairakei. Turbinele sunt puse în mișcare de apele termale și de aburul subteran.

Prima alimentare publică cu energie electrică a apărut la sfarșitul anilor 1800, având diferite tensiuni atât în cc cât și ca. Majoritatea organizațiilor producătoare de energie electrică ales și adoptat un standard electric și au instalat rețele de cabluri electrice pentru ca energia electrică produsă într-o zonă să fie folosită în alt loc facând mai fiabilă distribuirea acesteia.

Transportul energiei electrice se efectuează prin intermediul unor rețele aeriene care pot fi :

de foartă înaltă tensiune (peste 400Kw)

de înaltă tensiune (35-400 Kw)

de medie tensiune (1-35 Kw)

Rețelele aeriene sunt ieftine, iar în cazul când apar defecte sunt accesibile.

În cadrul rețelelor subterane conductoarele sunt legate între ele prin cutii de înadire sau cutii de dervație în funcție de numărul de cabluri din acest punct de legatură și are ca avantaj siguranța în exploatare. Alimentarea cu tensiune a cosumatorilor se face prin rețelele de joasă tensiune sub1000V.

Legătura dintre clădire și rețeaua electrică de joasă tensiune se numește branșament.

Aplicațiile rețelelor electrice le întâlnim la transportul energiei electrice, cât și la funcționarea mașinilor și aparatelor electrice și electronice.

Putem spune că aplicabilitatea rețelelor electrice o întâlnim în toate domeniile și anume culturale, sociale economice, militare.

Capitolul 2 Sisteme de achizitie

2.1 ARHITECTURA SISTEMELOR DE ACHIZITIE SI GENERARE DE DATE ANALOGICE

Un sistem de instrumentatie (fig.2.1) contine urmatoarele blocuri:

sistem de achizitie de date analogice (DAS)-este destinat citirii datelor in forma analogica;aceste date pot proveni de la traductoare si adaptoare de masura.

sistem de generare de date analogice (DGS)-este principalul mijloc de obtinere a unor comenzi in forma analogica;semnalele astfel obtinute pot fi aplicate elementelor de executie sau pot fi afisate pe inscriptoare,monitoare TV analogice,etc.

intrari/iesiri numerice (DIO)-se utilizeaza la conectarea cu echipamente numerice sau la interfatarea cu elemente de comutare comandate electric.

Un sistem de instrumentatie modern este de neconceput fara o unitate de control echipata cu microprocesor;tehnicile de interfatare actuale impun controlere inteligente,cu putere de calcul proprie.

microcomputer ( C)-este partea de calcul care poate realiza atat procesarea locala a datelor, cat si comunicarea cu alte sisteme;aici prin microcomputer se intelege o arhitectura de calcul mono- sau multiprocesor sau microcontrole

Fig 2.1 Structura simplificata a unui sistem de instrumentatie

In continuare,vor fi analizate atat structura modulelor de achizitie si generare de date,cat si principalele tehnici de interfatare ce fac posibila realizarea sistemelor de instrumentatie actuale (dedicate sau de uz general).

fig. 2.2 Sistem de achizitii de date monocanal

2.2.SISTEME DE ACHIZITIE DE DATE (DAS)

Convertorul analog-numeric este partea esentiala a unui DAS,si la limita este chiar si cea mai simpla forma a sa.Pe langa convertor A/N,un DAS mai contine si circuite de conditionare a semnelor (programabile sau nu).Un DAS este carecterizat de:rezolutia conversiei,numarul de canale analogice de intrare,rata de esantionare/canal,rata de transfer a DAS,posibilitati de conditionare a semnelor de intrare,etc.

DAS monocanal (fig2.2) are doar o singura intrare analogica asimetrica sau diferentiala;in forma cea mai simpla,poate fi doar un convertor A/N si o interfata minimala.Blocul de conditionare realizeaza functii cum ar fi:atenuare/amlificare,toate celelalte operatii se pot realiza numeric.Circuitul de esantionare si memorare (SHC) asigura mentinerea constanta a semnalului pe durata conversiei.Rezolutia si rata conversiei impun alegerea convertorului A/N si a circuitelor de comanda.

DAS multicanal cu multiplexare numerica(fig2.3) consta in mai multe DAS monocanal ce pot functiona atat independent,cat si corelat,prin comenzi adecvate,furnizate de o logica de control.Se pot prelua semnale in faza,pana la frecvente de esantionare apropiate de cele permise de convertoare.O structura similara este avantajoasa in sistemele cu transmitere la distanta a informatiei convertite;in acest caz multiplexarea se face in camera de control.

Fig. 2.3 DAS multicanal cu multiplexare numerica si esantionare simultana

fig2.4 DAS multicanal cu multiplexare analogical si esantionare simultana

DAS multicanal cu multiplexare analogica si esantionare simultana(fig2.4) este utilizat in aplicatii de viteza medie,unde se cer date achizitionate in faza.Convertorul trebuie sa aiba o viteza suficienta pentru a prelua valorile memorate de circuitele de esantionare si memorare,fara ca acestea sa se altereze semnificativ.Dezavantajul costului mai ridicat al convertorului A/N (mai rapid) este compensat de faptul ca se utilizeaza doar un singur circuit.Deoarece este posibil ca procesorul (sau programul de achizitie) sa nu fie suficient de rapid,aceste sisteme de achizitie utilizeaza memorii tampon ce sunt incarcate sub controlul logicii proprii (cu ajutorul unui secventiator cablat).Ulterior esantioanele sunt preluate din aceste memorii prin program sau prin DMA.In momentul actual,mai multe firme produc sisteme de achizitie cu multiplexare analogical si esantionare simultana integrate.Un astfel de circuit este MAX 155/156,DAS de 8 biti,este interfatabil direct cu microprocesoare,este configurabil software,are 8 canale de intrare si o viteza medie (cca. 3,6 s/esantioane) ;circuitul,realizat in tehnologie monolitica,este produs de firma MAXIM [27].

DAS multicanal cu multiplexare analogica si esantionare secventiala(fig.2.5) reprezinta o simplificare a celui precedent si poate fi utilizat acolo unde nu intereseaza corelatia temporala a semnelor de la intrarile analogice.Pentru a ridica viteza de achizitie,in timp ce esantionul unui canal este convertit,multiplexorul selecteaza urmatorul canal.Logica de control asigura secventierea corecta a operatiilor de esantionare,conversie si multiplexare,permitand sincronizarea unor infurmatii de stare corespunzatoare.

fig2.5 DAS multicanal cu multiplexare analogical si esantionare secventiala

Selectia canalului se poate face software sau cu o logica suplimentara de autoscanare.Acest tip de DAS este foarte raspandit,datorita unui bun raport performanta/cost,si a faptului ca pot fi realizate multe clase de aplicatii in cele mai diverse domenii.Practic,majoritatea firmelor producatoare de circuite pentru instrumentatie produc astfel de sisteme de achizitie.

2.3 SISTEME DE GENERARE A DATELOR (DGS)

Un DGS are drept scop furnizarea semnalelor electrice necesare comenzii elementelor de executie pentru controlul unui proces.Un DGS este caracterizat de:rezolutia semnalelor de iesire,numarul canalelor analogice,rata de generare,timpul de stabilire pe fiecare canal,etc.

DGS cu distribuire numerica (fig.2.6) contine cate un convertor numeric-analogic (CNA) pe fiecare canal si o logica numerica,ce asigura distributia esantioanelor numerice in registrele (BA) asociate fiecarui CAN.Daca momentul schimbarii datelor de iesire trebuie sa fie acelasi pentru toate canalele,se prevede un tampon suplimentar (BB) pentru fiecare canal,iar incarcarea se va face simultan (prin comenzi in faza).Schemele cu doua tampoane sunt utile si la comunicarea la distanta a semnalelor analogice.Filtrele de iesire (F) au rolul de netezire;daca rata de generare este constanta,filtrele sunt fixe;in caz contrar filtrele trebuie sa fie acordabile.

DGS cu distribuire analogical (fig.2.7) folosesc circuite de esantionare si memorare pentru retinerea valorii analogice a iesirii,pana la inscrierea unui nou esantion.Este necesar ca baleierea iesirilor sa se faca suficient de rapid,pentru a permite “reimprospatarea” memoriilor analogice (condensatorii circuitelor de esantionare si memorare);din acest motiv aceasta operatie se realizeaza hardware.

fig 2.6 DGS multicanal cu distribuire numerica

Datorita scaderii pretului de cost al convertoarelor N/A prima solutie s-a impus in majoritatea sistemelor de instrumentatie actuale;avantajul evident al acesteia este simplitatea comenzii si adaptarea simpla la structurile de calcul bazate pe microprocesoare sau microcontrolere.Exista DGS multicanal in varianta monolitica,produse de o serie de firme specializate in circuite de instrumentatie.

2.4.TEHNICI DE INTERFATARE

Realizarea unor configuratii de instrumentatie complexe ridica probleme de interconectare deosebite.Se cunosc doua solutii cu larga raspandire: conectarea directa (interna)pe magistrala calculatorului si conectarea externa printr-o interfata de comunicatie standardizata(RS-232,RS-422,IEEE-488).

Conectarea interna (fig.2.8) prezinta o serie de avantaje:viteza mare datorita conectarii sistemului direct pe magistrala calculatorului gazda,pret de cost si gabarit mic;dezavantajele majore al acestei metode constau in sensibilitatea la zgomote (prin plasarea interfetei in interiorul unui mediu zgomotos) si dificultatea achizitiei de date la distanta.

Conectarea externa (fig.2.9 )prezinta urmatoarele avantaje:poate fi configurat un sistem oricat de complex,subsistemul de achizitie poate fi plasat la distanta (cat mai aproape de locul de prelevare al marimilor de masurat),subsistemul de achizitie poate fi interfatat practic cu orice tip de calculator;dezavantajul principal il constituie pretul de cost mai ridicat.

Se constata ca solutia interna sta la baza sistemelor de instrumentatie sau control inteligente,inclusive cele ce folosesc comunicarea externa,deoarece aceasta din urma impune un protocol complex si o gama larga de prelucrari,imposibil de realizat fara un proces local pe a carui magistrala sa fie plasate DAS si DGS.

Tehnicile de interfatare reunesc totalitatea solutiilor hardware si software de interconectare a subansamblurilor unui sistem de instrumentatie,astfel incat acestea sa functioneze intr-o maniera coordonata si compatibila.Diverse firme realizeaza module integrate de achizitie si generare de semnal,cat si pachete de programe destinate utilizarii acestora.

Exista patru metode de interfatare utilizate in conectarea DAS si DGS pe magistrala;aceste metode se aleg in functie de performantele si costul sistemului,dupa cum va fi prezentat in continuare.

fig 2.8 Conectarea interna a unui sistem de achizitie de date

Fig.2.9.Conectarea externa a unui sistem de achizitie de date

Fig.2.10 Interfatarea in bucla programata hardware (a) si organigrama achizitiei de date (b)

Bucla programata (fig 2.10) este cea mai simpla metoda,utilizabila in toate sistemele simple unde se cer rate de conversie scazute (1…5kHz) si nu foarte precise.Controlul conversiei si al ratei este software (fig.2 10b).Initierea conversiei se face prin program,cu o instructiune OUT,a carei decodificare produce impulsul SC,aplicat direct convertorului A/N.Sfarsitul sau este testat citind,tot prin program,un registru de stare,cu o instructiune IN,a carei decodificare produce impulsul ST,ce deschide (pe durata citirii starii),un tampon 2-State intre linia EOC si magistrala de date.La trecerea OC=1,datele convertite trec in registrul RAD de unde se pot citi cu o instructiune IN,carei decodificare genereaza impulsul AD;acesta deschide iesirile registrului RAD pe magistrala locala de date,de unde sunt directionate pe magistrala sistemului cu microprocesor prin tamponul DB.

Schema din fig.2.10a este completata cu un convertor N/A,a carui comanda se realizeaza extreme de simplu,prin instructiunea OUTde trimitere a valorii esantionului catre CNA;decodificarea acesteia produce impulsul DA ce determina incarcarea datelor intr-un registru de memorare(RDA) pana la o noua inscriere realizata similar.

Imposibilitatea stabilirii unei rate de conversie precise este principalul dezavantaj al metodei de interfatare descrise;buclele de intarziere obtinute prin program sunt putin controlabile si instabile (depind de particularitatile hardware ale sistemului)

fig 2.11 Interfatarea prin intreruperi cu generator cu rata de converesie

Utilizarea intreruperilor (fig.2.11) permite controlul precis al conversiei prin folosirea unui contor/temporizator programabil, TIM, responsabil de initierea conversiilor la momente de timp izocrone (impulsurile generate de TIM la iesirea O1 sunt aplicate la intrarea SC a convertorului A/N).Sfarsitul fiecarei conversii (EOC) nu mai este testat prin program,ci este trimis spre sistem ca cerere de intrerupere (IntrA),ce va activa secventa de program asociata.Ca si in cazul anterior,incheierea conversiei antreneaza trecerea EOC in 1,simultan cu incarcarea datelor in registrul de date RAD,de unde acestea vor fi citite in rutina de tratare a intreruperii (cu o instructiune IN,a carei decodificare genereaza impulsul AD de deschidere a iesirilor registrului RAD pe magistrala locala de date).Astfel,se pot obtine usor,rate de conversie precise (TIM e pilotat de un oscillator cu cuart),desi destul de scazute (5…10kHz).

Daca in sistem exista si convertoare N/A,acestea pot fi controlate intr-o maniera asemanatoare,folosind un alt canal al circuitului TIM.Prin program se inscriu datele in registrul RDA,iar actualizarea iesirii CAN se face prin trecerea lor (din RDA) in RDB sub actiunea impulsurilor produse de iesirea O2 a circuitului contor/temporizator.Simultan se genereaza si o intrerupere catre sistem (IntrB),care activeaza o rutina de inscriere a unui esantion in RDA,astfel incat urmatorul impuls,produs de TIM,va gasi datele pregatite pentru actualizare.

Acest tip de interfatare este extrem de utilizat datorita pretului de cost scazut la care se poate obtine achizitia (sau generarea) de date izocrona.Singurul dezavantaj al metodei prezentate consta in gradul mare de ocupare al procesorului la rate de conversie ridicate (acesta consuma prea mult timp in rutinele de tratare a intreruperilor),ceea ce conduce la scaderea randamentului sistemului sau la necesitatea utilizarii unor microprocesoare rapide.

Accesul direct la memorie (DMA) se realizeaza fara controlul direct al procesorului(fig.2.12);dialogul convertor-memorie este asigurat de controlerul DMA,care este capabil sa coordoneze singur tranzactiile pe magistrala;metoda se preteaza la rate de conversii medii si izocrone (10…100kHz).

fig 2.12 Interfatarea combinata DMA/intreruperi

Ca si in cazul precedent,un timer programabil (TIM) va genera impulsurile precise de initiere a conversiilor (O1).Sfarsitul fiecarei conversii (EOC) este trimis spre sistem ca cerere de acces direct la memorie,adresata controlerului DMA.Ca si in cazurile anterioare,la sfarsitul conversiei EOC trece in 1,simultan cu incarcarea datelor in registrul de date RAD,de unde acestea vor fi trimise direct in memoria sistemului sub controlul circuitului DMA.Cu o logica suplimentara,interfata descrisa poate lucra si prin intreruperi,modul de lucru putand fi selectat prin program.

Convertoarele N/A pot fi controlate folosind aceeasi tehnica.Fie-

care ciclu de acces direct la memorie,declansat de iesirea O2 a circuitului contor/temporizator,va adduce un nou esantion in RDA.Acelasi impuls determina si actualizarea iesirii CAN prin transferul datelor din RDA in RDB.Se observa ca aceasta operatie se desfasoara cu un “pas inapoi”:fiecare esantion obtinut la iesirea convertorului N/A reprezinta datele depuse in ciclul DMA anterior.

Metoda de interfatare descrisa este performanta si relativ ieftina.

Ea reclama doar existenta unui controler DMA in sistem (o serie de microprocesoare inglobate dispun de suport DMA incorporate),oferind rate precise si destul de ridicate ,in conditiile unui randament bun al intregului sistem (procesorul nu mai este incarcat cu operatiile de transfer a datelor,ci numai initializarea circuitelor timer si DMA).

Utilizarea unui tampon local FIFO permite realizarea unor rate de conversie ridicate (0,1…10MHz),prin prelucrarea,cu ajutorul unui automat local,a esantioanelor,intr-o memorie locala rapida si cu capacitate suficient de mare pentru a stoca o cantitate semnificativa de date;la umplerea partiala

a tamponului (de obicei la jumatate) se genereaza o cerere de transfer catre sistem,timp in care cealalta portiune a tamponului continua sa se umple;tehnica este cunoscuta sub numele de transfer cu tampoane duble.In general, aceasta metoda se asociaza cu interfatarea prin DMA.

Capitolul 3 Programul LabVIEW

3.1 Noțiuni introductive și componentele generale.

În general, termenul de "Instrument Virtual" se folosește cu referire la un instrument de măsură sau de automatizare simulat printr-un program și se realizează pe baza unui software, un program de simulare și a unui element hardware, compus din module de prelucrare a semnalelor și plăci de achiziție de date.

Denumirea provine de la faptul că, în primele sale versiuni, LabVIEW a fost strict dedicat pentru realizarea unor programe de monitorizare a proceselor. Programele respective înlocuiau o serie de aparate și instrumente electronice, primind, astfel, numele de Instrumente Virtuale. Acestea înlocuiesc instrumentele de măsură clasice, sunt de sine stătătoare, mult mai flexibile, fiind suficientă o modificare a programului pentru a reproduce un alt instrument, cu același sistem fizic. În mediul de programare grafică oferit de LabVIEW, instrumentul virtual definește un modul software, un program, ce constă dintr-o interfață cu utilizatorul, panoul frontal (ce simulează intuitiv partea din față a instrumentului clasic) și un program de tip schemă-bloc (o diagramă, accesibilă numai programatorului).

Panoul frontal este interfața dinspre utilizator a instrumentului virtual și elementul de bază al programelor elaborate în LabVIEW deoarece cu ajutorul său se realizează introducerea sau extragerea datelor în/din mediul de programare. În panoul frontal, comenzile care implică intervenția utilizatorului sunt în foarte mare măsură simplificate, fiind preferate elementele de comandă și afișare grafice, denumite controale sau indicatoare. Controalele reprezintă intrările în instrumentul virtual, cele care introduc datele, iar ieșirile, cele care comunică operatorului datele rezultate din proces, poartă numele de indicatoare (elemente de afișare). Controalele au diferite aspecte, precum: butoane, întrerupătoare, comutatoare, cursoare, cadrane etc., fiecărui tip corespunzându-i un element dintr-un instrument clasic.

Figura 1.Exemple de controale

În LabVIEW pot fi tratate structuri de date de la simple până la foarte complexe, valori numerice, șiruri de texte, grafice etc. La indicatoare, aceste structuri de date gestionate de program își stabilesc singure forma optimă a reprezentării datelor pe care le primesc.

Întrările și ieșirile de date sunt duble, fiind destinate atât operatorului, cât și programului, iar distincția între controale și indicatoare nu este rigidă, deși unele sunt exclusiv elemente de afișare, iar altele de comandă.

Diagrama bloc însoțește panoul frontal și poate fi imaginată ca fiind un cod sursă, așa cum este cunoscut în limbajele de programare clasice. Componentele sale reprezintă nodurile programului, precum structurile de decizie, operatorii matematici, funcțiile de prelucrare logice etc. Între componente, legăturile se realizează prin fire (wire) care descriu fluxul de date în interiorul instrumentului virtual creat de program.

Figura 2. Exemplu de diagramă bloc

Diagrama bloc reprezintă, de fapt, o schemă prin care programatorul descrie algoritmul după care aplicația va efectua calculele și raționamentele necesare pentru preluarea și prelucrarea informațiilor. În majoritatea cazurilor, după ce programatorul a realizat o aplicație și a livrat-o unui utilizator, acesta din urmă nu mai are acces la diagramă, așa cum utilizatorii altor programe nu au acces la codul sursă al acestora.

Conectorul este elementul care transformă un instrument virtual într-un obiect pentru a fi folosit ulterior ca pe o subrutină în diagrama bloc a altor instrumente virtuale.Atunci când un element de control sau indicator este dispus în panou, în diagrama bloc este inserat automat un simbol specific, numit terminal, care va reprezenta elementul respectiv în cadrul fluxului de date. Terminalele elementelor se diferențiază prin culoare, în funcție de tipul mărimii scalare: portocaliu pentru valori numerice reale, verde pentru valori booleene și roz pentru valori alfanumerice (string).

Figura 3.Exemple de terminale (dreapta) Fig. 4. Paleta de controale

ale elementelor de control (stânga)

3.2 Paleta de controale, paleta de unelte, paleta de functii

Paleta de controale este o fereastră (Figura 4) ce apare doar atunci când se lucrează în cadrul panoului și contine sub-palete cu elemente de control și indicatoare de diverse tipuri, precum: Numeric, Boolean, String&Path, Array&Cluster, List&Table, Graph etc.

Afișarea paletei de controale se poate efectua în două moduri: apăsând butonul din dreapta al mouse-ului atunci când cursorul acestuia se află într-o zonă liberă a panoului sau, selectând din meniul Windows comanda Show Controls Palette. În primul caz, sub-paletele se deschid automat atunci când cursorul mouse-ului trece pe deasupra lor iar paleta rămâne vizibilă doar până la selectarea unui element.În al doilea caz, o sub-paletă se deschide (înlocuind paleta de controale) atunci când se apasă cu mouse-ul pe simbolul său.Paleta rămâne vizibilă și după selectarea unui element.

Dispunerea unui element de control sau indicator pe panou începe cu selectarea elementului dorit din paleta de controale, apoi se deplasează cursorul mouse-ului până în poziția de pe panou în care se dorește dispunerea, iar elementul primește o etichetă implicită care intră automat în modul de editare. Textul afișat de etichetă poate fi modificat imediat pentru a fi mai sugestiv.

Paleta de unelteeste o fereastră (Figura 5) ce apare atât în cadrul panoului cât și al diagramei. Afișarea paletei de unelte se efectuează selectând din meniul Windows, comanda Show Tools Palette.Uneltele din această paletă sunt utilizate pentru: operare (modificarea valorilor unor elemente de control), selectare (poziționare, dimensionare), editare a textelor (în panou și în diagramă), conectare, afișare a meniurilor proprii, deplasare a imaginii într-o fereastră, inserarea de puncte de oprire a rulării, inserarea de puncte de probă, selectarea de culori și colorarea.

Fig. 5. Afișarea paletei de unelte

Afișarea temporară a paletei de unelte se realizează ținând apăsată tasta Shift și apăsând butonul drept al mouse-ului.Paleta devine vizibilă doar până în momentul selectării uneia dintre uneltele sale.

Prezentarea paletei de funcții

Paleta de funcții este o fereastră (Figura 6) ce apare doar atunci când se lucrează în cadrul diagramei și conține sub-palete cu diverse categorii de funcții, proceduri sau structuri specifice de programare.Afișarea paletei de funcții se efectuează în două moduri: apăsând butonul din dreapta al mouse-ului atunci când cursorul acestuia este într-o zonă liberă a diagramei, sau selectând din meniul Windows comanda Show Functions Palette. În primul caz, sub-paletele se deschid automat atunci când cursorul mouse-ului trece pe deasupra lor iar paleta rămâne vizibilă doar până la selectarea unei functii. În al doilea caz, o sub-paletă se deschide (înlocuind paleta de funcții) doar când se face un click pe simbolul său. Paleta rămâne vizibilă și după selectarea unei funcții.

În timpul lucrului, programatorul are deseori nevoie de informații privind sintaxa de utilizare a elementelor din diagrama bloc, iar LabVIEW i le oferă într-un mod foarte intuitiv, prin intermediul meniului Help contextual.Astfel, selectarea din meniul Help a comenzii Show Context Help conduce la deschiderea unei ferestre în care sunt afișate un minim de informații referitoare la funcția corespunzătoare simbolului deasupra căruia este poziționat cursorul mouse-ului. De asemenea, atunci când utilizatorul deschide paleta de funcții și navighează prin subpaletele acesteia, în fereastra Context Help apar aceste informații (Fig.1)

Fig. 6. Paleta de funcții Figura 1. Afișarea de informații referitoare la un element din Paleta de funcții

Dacă un simbol de funcție a fost deja dispus în diagramă iar cursorul mouse-ului este poziționat deasupra acestuia, în fereastra Context Help apar informații referitoare la funcția respectivă (Figura 2).

Figura 2. Afișarea informațiilor referitoare la un simbol de funcție

Se recomandă utilizatorilor, care vin prima oară în contact cu mediul de programare LabVIEW, să navigheze prin întreaga structură a paletei de funcții, având fereastra Context Help deschisă și să observe modul în care informațiile afișate se modifică atunci când cursorul mouse-ului trece pe deasupra diverselor simboluri de funcții.

Paleta de funcții conține numeroase funcții grupate pe categorii, în subpalete, dintre care cele mai importante și des utilizate, în lucrul curent, sunt: Numeric, Boolean, String, Array, Comparison, Mathematics etc.

3.3 Subpaleta numeric, subpaleta boolean, subpaleta string

În subpaleta Numeric se află funcțiile pentru valori numerice în care se remarcă o primă categorie, dedicată funcțiilor aritmetice simple: adunare (Add), scădere (Subtract), înmulțire (Multiply), împărțire (Divide), incrementare (Increment), decrementare (Decrement), valoare absolută (Absolute Value), rotunjire la cel mai apropiat întreg (Round To Nearest), rotunjire la întregul inferior (Round To -Infinity), rotunjire la întregul superior (Round To +Infinity), generator de numere aleatoare între 0 și 1 (Random Number 0-1), rădăcina pătrată (Square Root), compunere aritmetică (Compound Arithmetic), schimbare de semn (Negate), produsul dintre o valoare x și o putere a lui 2 (Scale By Power Of 2), inversare (Reciprocal) etc., așa cum se observă în Figura 3. De asemenea, tot în subpaleta Numeric se află elementul Numeric Constant (constantă numerică), care, la momentul inserării în diagramă, capătă implicit valoarea 0 și intră în modul de editare, invitând utilizatorul să introducă valoarea numerică dorită.

Figura 3. Funcțiile din subpaleta Numeric Figura 4. Funcțiile din subpaleta Boolean

Dintre funcțiile pentru valori booleene, grupate în subpaleta Boolean (Figura 4), se remarcă funcțiile logice simple Și (And), Sau (Or), Sau Exclusiv (Exclusive Or), Negare (Not), Și Negat (Not And), Sau Negat (Not Or), Sau Negat Exclusiv (Not Exclusive Or), Implică (Implies) etc. Subpaleta Boolean conține și cele două constante logice: Adevărat (True) și Fals (False).

Funcțiile pentru valorile alfanumerice sunt grupate în subpaleta String (Figura 5) a paletei de funcții. Mai frecvent utilizate sunt cele pentru transformarea caracterelor în majuscule (To Upper Case), pentru transformarea caracterelor în minuscule (To Lower Case), de calculare a lungimii unui șir de caractere (String Length), de compunere a unui șir din două șiruri distincte (Concatenate String), de identificare și înlocuire a unui șir în cadrul altuia (Search and Replace String) etc.

Figura 5. Funcțiile din subpaleta String Figura 6.Dispunerea unei funcții în diagramă

De asemenea, subpaleta String conține un element String Constant utilizat pentru introducerea în diagramă a valorilor alfanumerice constante.

3.4 Modul de lucru

În LabVIEW, programarea unui instrument virtual are ca punct de pornire dispunerea în diagrama bloc a funcțiilor și elementelor necesare rezolvării unei probleme și se continuă prin realizarea legăturilor între acestea și stabilirea fluxului de date. Dispunerea unei funcții în diagramă începe cu selectarea simbolului corespunzător din paleta de funcții, apoi se deplasează cursorul mouse-ului până în poziția din diagramă în care se dorește plasarea sa. Atât timp cât este deplasat cu mouse-ul, simbolul funcției va fi reprezentat împreună cu terminalele corespunzătoare datelor proprii de intrare și de iesire. Dacă în timpul deplasării simbolul funcției trece suficient de aproape de un terminal sau de o zonă a fluxului de date la care se poate efectua o legătură, la eliberarea butonului mouse-ului, aceasta este stabilită automat.

Realizarea unei legături între două componente ale diagramei se efectuează cu ajutorul uneltei de conectare (Connect Wire). Ordinea în care se selectează cele două componente (sursa și destinația) nu este importantă, legătura putând fi realizată în orice sens, deoarece mediul de programare LabVIEW identifică automat sursa și destinația, stabilind sensul de circulație al datelor.

Se deplasează cursorul mouse-ului, transformat în unealta de conectare, deasupra primei componente care începe să clipească și se face click, stabilind primul capăt al legăturii. Din acest moment, dacă mouse-ul este deplasat, pe ecran va apare, în timp real, imaginea unui fir cu un capăt fixat de prima componentă și cu un capăt legat de cursorul mouse-ului (Figura 7). Se deplasează cursorul mouse-ului deasupra celei de-a doua componente care începe, la rândul său, să clipească și se face click, fixând, astfel, al doilea capăt al firului de această componentă.

Figura 7. Realizarea legăturilor Figura 8. Traseele fluxului de date

între componente

În cazul unei legături efectuate corect, aceasta va fi afișată în culoarea corespunzătoare tipului de date ce vor circula prin zona respectivă a fluxului de date. În caz contrar, când legătura este incorectă, aceasta va fi afișată cu culoarea neagră și întreruptă.

Fluxul de date este format din totalitatea legăturilor ce conectează diversele terminale de elemente, simboluri de funcții sau proceduri și structuri de programare din cadrul diagramei. Fluxul de date reprezintă grafic algoritmul (Figura 8) după care aplicația prelucrează datele de intrare pentru a le calcula pe cele de ieșire. Traseele ce formează fluxul de date pot fi simple (o sursă și o destinație) sau ramificate (o sursă și mai multe destinații).

Indiferent de modul sau sensul în care traseele sunt dispuse pe diagramă, circulația datelor în cadrul fluxului se efectuează numai de la surse către destinații.Prin sursă se înțelege, spre exemplu, terminalul unui element de control, simbolul unei constante sau zona de ieșire a unei funcții sau proceduri. O destinație poate fi terminalul unui element indicator sau zona de intrare a unei funcții sau proceduri.

Odată ce programarea instrumentului virtual a fost încheiată, acesta poate fi rulat, atât pentru depistarea eventualelor erori, cât, mai ales, pentru a-l utiliza în conformitate cu scopul pentru care a fost realizat. Pe barele de butoane ale panoului și diagramei se află o serie de elemente (Figura 9) ce stabilesc modul de rulare al unui program.

Fig. 9. Elementele de rulare ale programului

Apăsarea butonului Run conduce la rularea o singură dată a programului, fiind parcurs întreg fluxul de date din diagramă, apoi programul se va opri. În timpul rulării, butonul Run își schimbă aspectul și se aprinde un buton roșu, Abort execution, iar apăsarea sa va determina întreruperea rulării programului. Apăsarea butonului Run Continuously conduce la rularea repetată, fără oprire, a programului. Întreruperea rulării continue are loc numai la comanda utilizatorului, prin apăsarea butonului Abort execution. Indiferent de modul de rulare, utilizatorul are posibilitatea de a o suspenda prin apăsarea butonului Pause. În plus, în orice mod de rulare, prin apăsarea butonului Highlight Execution, utilizatorul va urmări o animație ce sugerează deplasarea valorilor prin fluxul de date.

În momentul în care o valoare părăsește o componentă a diagramei ce este o sursă a unei legături, valoarea respectivă va fi afișată în diagramă.

3.5 Tipuri de funcții

Funcții pentru valori numerice.

Subpaleta Numeric conține funcții pentru operații cu valori numerice, împărțite în două categorii: atât uzuale, simple (Add, Subtract, Multiply, Divide, Square Root, Increment +1, Decrement -1, Negate etc), cât și funcții avansate, complexe (Quotient & Remainder, Compound Aritmetic, Random Number 0-1, Conversion, Logarithmic, Complex, etc).

Fig. 1. Exemple de funcții aritmetice Trigonometric

Cele mai des utilizate funcții pentru operații cu valori numerice au la bază funcțiile aritmetrice simple (Figura 1), precum: adunare, scădere, înmulțire, împărțire, extragerea rădăcinii pătrate etc. Alături de aceste funcții aritmetice, subpaleta Numeric a paletei de funcții conține, în zona sa principală, și următoarele funcții:

-Quotient & Remainder calculează câtul și restul împărțirii valorii conectate la intrarea X la valoarea conectată la intrarea Y (Figura 2);

Fig. 2. Exemplificarea funcției Quotient & Remainder

-Compound Arithmetic (disponibilă și în subpaleta Boolean a paletei de funcții) permite efectuarea operațiilor de adunare (Add) sau înmulțire (Multiply), sau a operațiilor logice Și (AND), Sau (OR) sau Sau Exclusiv (XOR), asupra unui număr variabil de valori de intrare stabilit de către utilizator prin dimensionarea simbolului funcției. De asemenea, tipul operației îndeplinite de funcție poate fi schimbat utilizând meniul contextual (Figura 3);

Fig. 3. Exemplificarea funcției Compound Arithmetic

-Random Number (0-1) este o funcție care nu prezintă intrări, rolul său fiind de a genera o valoare reală aleatoare în intervalul (0, 1);

-Subpaleta Logarithmic conține funcții exponențiale și logaritmice, subpaleta Trigonometric conține majoritatea funcțiilor trigonometrice (Figura 4), subpaleta Complex conține funcții asociate numerelor complexe iar subpaleta Additional Numeric Constants conține valori constante des utilizate în trigonometrie și în lucrul cu funcții exponențiale sau logaritmice, precum și constante utilizate în fizică.

Fig. 4.Exemple de funcții trigonometrice Fig 5. Lista funcții pentru valori alfanumerice

3.6 Funcții pentru valori alfanumerice

Funcția String Length (Figura 6) determină numărul de caractere dintr-o valoare alfanumerică. Sunt luate în considerare și caracterele neafișabile (spațiu, Tab, sfărșit de linie etc). Numărul de caractere de la ieșirea funcției este exprimat ca un număr întreg pe patru octeți.

Fig. 6. Exemplificarea funcției String Length

Funcția Concatenate Strings (Figura 7) posedă un număr de intrări ce poate fi modificat de către utilizator prin dimensionarea simbolului funcției (în mod asemănător cu Compound Arithmetic). La ieșirea sa, funcția generează o valoare alfanumerică obținută prin concatenarea textelor de la intrările sale, în ordinea de sus în jos.

Fig. 7. Exemplificarea funcției Concatenate Strings

Funcția String Subset (Figura 8) extrage, din textul conectat la intrarea String, o porțiune de Length caractere începând de la caracterul aflat la poziția Offset inclusiv (pentru primul caracter se consideră offset = 0). Dacă la intrarea Offset a funcției nu este introdusă nici o valoare, funcția consideră că extragerea se va efectua începând cu primul caracter (valoarea implicită 0 a intrării offset). Dacă la intrarea Length nu este introdusă nici o valoare, funcția consideră că extragerea se va efectua până la ultimul caracter inclusiv.

Fig. 8. Exemplificarea funcției String Subset

Funcția Replace Substring șterge o porțiune din textul conectat la intrarea String și introduce în locul respectiv textul conectat la intrarea Substring. Porțiunea înlocuită începe de la caracterul aflat pe poziția Offset inclusiv și conține Length caractere. Intrarea Offset are valoarea implicită 0, iar intrarea Length are o valoare implicită egală cu numărul de caractere legat la intrarea Substring. Dacă la intrarea Substring nu se leagă nici o valoare, funcția efectuează o ștergere a unei porțiuni, iar dacă la intrarea Length se leagă valoarea 0 funcția efectuează, de fapt, o inserare a unei porțiuni.

Funcția Search and Replace String (Figura 9) caută textul Search String în textul conectat la intrarea String, iar când îl găsește, îl înlocuiește cu textul conectat la intrarea Replace String. Căutarea are loc începând de la poziția Offset a textului String. Dacă la intrarea Offset nu se conectează nici o valoare, căutarea are loc începând cu prima poziție. Dacă la intrarea Replace String nu se conectează nici o valoare, atunci funcția efectuează o ștergere (înlocuire cu text vid).Dacă la intrarea Replace All nu se conectează nici o valoare, atunci funcția se oprește după prima apariție a textului Search String. Dacă la această intrare se conectează o valoare logică de tip True, funcția efectuează înlocuiri pentru toate aparițiile textului Search String. Funcția generează textul rezultat în urma înlocuirii la ieșirea Result String, iar la ieșirea Offset Past Replacement generează o valoare indicând poziția caracterului aflat imediat după ultimul caracter înlocuit.

Fig. 9. Exemplificarea funcției Search and Replace String

Funcția Search/Split String (Figura 10) caută textul conectat la intrarea Search String/char în textul conectat la intrarea String. Căutarea se efectuează începând cu poziția Offset. Dacă textul căutat este găsit, funcția împarte textul inițial în două părți, astfel: partea dinaintea textului căutat (Substring Before Match) și textul căutat urmat de restul textului în care s-a făcut căutarea (Match + Rest Of String). Funcția generează la ieșirea Offset Of Match poziția în care a fost găsit textul căutat. Dacă textul căutat nu a fost găsit, ieșirea Substring Before Match conține tot textul legat la intrarea String, iar ieșirea Offset Of Match are valoarea -1.

Fig. 10. Exemplificarea funcției Search/Split String

3.7 Elemente pentru reprezentări grafice

Mediul de programare grafică LabVIEW dispune, în paleta de controale Graph, de o serie de elemente pentru reprezentări grafice (Figura 1). Cele mai utilizate sunt elementele Waveform Chart (numit pe scurt Chart), Waveform Graph (numit pe scurt Graph) și XY Graph. Diferențele între cele trei elemente sunt reprezentate de modurile în care acestora li se transmit coordonatele punctelor prin care va fi trasat graficul.

Fig. 1.Selectarea elementului Waveform Graph Fig. 2. Adăugare succesivă de valori

din paleta de controale Graph aleatoare la elementul Chart

Unui element de tip Chart i se pot trimite în mod succesiv, una câte una, valorile ordonatelor punctelor pe care acesta să le reprezinte grafic. In Figura 2, bucla While execută câte o iterație la fiecare trei secunde (datorită funcției Wait (ms)).La fiecare iterație, funcția Random Number (0-1) trimite câte o valoare aleatoare la elementul Chart.

Ca urmare, un element de tip Chart consideră valorile succesive, pe care le primește, drept ordonate ale punctelor de pe grafic. Abscisele punctelor sunt, implicit, considerate crescătoare din unitate în unitate (0 pentru prima valoare primită, 1 pentru a doua, etc.). La primirea unei noi valori, elementul Chart trasează un segment de dreapta din punctul cel mai recent (ultimul de pe grafic), până în punctul determinat de noua valoare primită.

Chart acceptă atât valori trimise punct cu punct (scalare), dar și șiruri de valori (Array). În acest caz, Chart adaugă la sfârșitul graficului deja existent, nu un singur punct, ci un număr de puncte egal cu numărul de valori din șirul primit. În plus, dacă un element Chart primește ca date de intrare o matrice de valori numerice (Array cu două dimensiuni), atunci se vor trasa simultan un număr de grafice egal cu numărul de linii ale matricei.

Fig. 3. Exemplu de grafic obținut cu Fig. 4. Reprezentarea funcției de gradul 2

elementul Chart cu elementul Graph

Un element de tip Graph nu acceptă valori individuale (scalare), ci numai șiruri (Array) de valori. Spre deosebire de elementele Chart, atunci când primește un șir de valori, elementul Graph șterge graficul afișat anterior și afișează doar graficul format din noile puncte primite.

Un element de tip Graph consideră valorile succesive pe care le primește, drept ordonate ale punctelor de pe grafic. În mod implicit, abscisele punctelor sunt considerate crescătoare din unitate în unitate (0 pentru prima valoare primită, 1 pentru a doua etc.).În plus, Graph permite definirea abscisei primului punct și a distanței pe orizontală dintre două puncte succesive. În această situație, valorile se introduc (printr-o funcție Bundle) într-un Cluster împreună cu șirul de valori ce reprezintă ordonatele punctelor, iar la terminalul elementului Graph se conectează ieșirea funcției Bundle (Figura 5).

Fig. 5. Conectarea elementului Graph la ieșirea funcției Bundle

Dacă un element Graph primește la intrare o matrice de valori numerice (Array cu două dimensiuni), atunci va trasa simultan un număr de grafice egal cu numărul de linii ale matricei. Un element de tip XY Graph acceptă la intrare un Cluster format din două șiruri (Array) de valori. Primul șir reprezintă abscisele iar cel de-al doilea ordonatele punctelor de pe grafic. Evident, cele două șiruri trebuie să conțină același număr de valori. Atunci când se primește o astfel de structură de date, graficul anterior este șters.

În Figura 6 este prezentat un program pentru trasarea graficului funcției sinus între 0 și 2π prin 101 puncte. Stabilind că punctele vor fi la distanțe egale pe orizontală, se determină distanța πx pe abscisa dintre două puncte succesive, împărțind la 100 intervalul de trasare, de lungime 2π.

Fig. 6. Reprezentarea funcției sinus Fig. 7. Lista opțiunilor din submeniul cu elementul XY Graph Visible Items

În meniul propriu al elementelor pentru reprezentări grafice, submeniul Visible Items (Figura 7) conține o serie de opțiuni pentru afișarea unor componente specifice.

Opțiunea Plot Legend afisează o legendă ce poate fi poziționată independent sau dimensionată pentru a avea un număr de poziții egal cu numărul de grafice reprezentate. Opțiunea Scale Legend afisează o componentă ce permite configurarea modului în care sunt afișate scalele elementului de reprezentare grafică: eticheta scalei, format și precizie de reprezentare, vizibilitatea scalei sau a etichetei acesteia, culoarea caroiajului. Opțiunea Digital Display conduce la afișarea unui număr de elemente indicatoare pentru valori numerice, egal cu numărul de poziții ale legendei. Valoarea afișată de către fiecare element indicator este cea a ultimului punct de pe graficul corespunzător.

3.8 Aplicatii

3.8.1 Aplicatie Ohm.vi

Pentru realizarea unei aplicatii este necesara parcurgerea a trei etape:

I -realizarea interfetei utilizator (fereastra panou)

II –realizarea programului (fereastra diagrama)

III –executarea programului

1. Selectati Controls/Numeric/Dial si plasati simbolul grafic in fereastra panou. Tastati numele butonului de reglaj “TENSIUNE”.

2. Selectati Controls/Numeric/Horizontal Pointer Slide.NUME: REZISTOR

3. Selectati Controls/Numeric/Meter.NUME:VOLTMETRU

4. Selectati Controls/Numeric/Meter.NUME:AMPERMETRU

II. 1. Selectati Functions/Numeric/Divide si plasati simbolul in fereastra diagrama

2. Plasati simbolurile din fereastra diagrama

3. Realizati urmatoarele conexiuni:

Tensiune-Voltmetru

Tensiune-Intrare x “divide”

Rezistor-Intrare y “divide”

Iesire x/y “divide”-Ampermetru

III. Executati programul

Executare poate fi realizata in varianta simpla-sageata mica sau in varianta continua-sageti in cerc. In cazul variantei continue, se poate interveni in timp real pentru modificarea valorilor de intrare. SUCCES!!!

IMBUNATATIREA APLICATIEI

Selectati Tools/Position si redimensionati instrumentele virtuale

Aplasati instrumentele in fereastra panou

Aliniati instrumentele (bara cu instrumente de lucru)

Deplasati cursorul deasupra unui instrument virtual si click dreapta Show/Digital Display

Modificati fontul

Deplasati cursorul deasupra Digital Display si selectati Format&Precision. Introduceti 5 zecimale dupa virgula. Redimensionati Digital Display

Modificati limitele de reglaj ale rezistentei Tools/Operate Value; Tools/Edit Text

3.8.2 APLICATII MAI DIFICILE

A) APLICATIA 1In acesta aplicatie vom simula comportarea unui resistor in current alternativ.

1. In fereastra panou amplaseaza:

un grafic de tip “graph” Controls>>Graph>>Waveform Graph cu urmatorul label “REPREZENTAREA GRAFICA MARIMI SINUSOIDALE”. Setati domeniul graficului ca in figura de mai sus. Click dreapta pe graph >>Visibile Item>>Cursor legend. Click pe Plot >>trageti de el pana cand create 5 ploturi si denumiti-le astfel ,,0, TENSIUNE, INTENSITATE, PUTERE instantanee, PUTERE ACTIVA”

doua ,,vertical pointer slide” Control>>Numeric>>Vertical Pointer Slide. Primul avand urmatorul label ,, SURSA DE TENSIUNE” iar cel de al doilea ,, REZISTOR” . Click dreapta pe ele si Visibile Item>> Digital Display

trei ,,digital control” Control >>Numeric >>Digital Control. Denumiti-le: ,,SCARA INTENSITATE, LUNGIME GRAFIC, PERIOADE”. Click dreapta pe ,,SCARA INTENSITATE” >>Representation>>V 16. Click dreapta pe ,,LUNGIME GRAFIC” >>Representation>>I 32. Click dreapta pe ,,PERIOADE” >>Representation>>V 32.

2. Construieste urmatoarea diagrama:

3. In fereastra diagrama ampleaseaza:

Functions>> Structures>>For loop

Functions>> Numeric>>Trigonometric>>Sin

Functions>> Numeric>>Conversion>>SGL

Functions>> Numeric>>Square root

Functions>> Numeric>>Multiply – avem nevoie de 7

Functions>> Numeric>>Divide – avem nevoie de 3

Functions>> Numeric>>Numeric constant – avem nevoie de 2

Functions>> Numeric>>Additional numeric constant>> 2 π

Functions>> Cluster>>Build Cluster Array.Click pe el, trage-ti de el pana cand avem 5 intrari.

Functions>> Structures>>Case. Click pe structura unde scrie true si scrie-ti 0, click pe sageata si va apare false si scrie-ti 1. Click dreapta pe structura >> Add Case After si scrie-ti 2.

In structura unde scrie 0 pune-ti:

In structura unde scrie 1 pune-ti:

In structura unde scrie 2 pune-ti:

4. Realizati conexiunile.

5 .Ruleaza aplicatia

6. Salveaza aplicatia

B) APLICATIA 2 In acesta aplicatie vom simula comportarea unui condensator in current alternativ.

1. In fereastra panou amplaseaza:

un grafic de tip “graph” Controls>>Graph>>Waveform Graph cu urmatorul label “REPREZENTAREA GRAFICA MARIMI SINUSOIDALE”. Setati domeniul graficului ca in figura de mai sus. Click dreapta pe graph >>Visibile Item>>Cursor legend. Click pe Plot >>trageti de el pana cand create 5 ploturi si denumiti-le astfel ,,0, TENSIUNE, INTENSITATE, PUTERE instantanee”

un grafic de tip “chart” Controls>>Graph>>Waveform Chart cu urmatorul label “ENERGIE CAMP ELECTRIC”. Setati domeniul graficului ca in figura de mai sus.

doua ,,vertical pointer slide” Control>>Numeric>>Vertical Pointer Slide. Primul avand urmatorul label ,, SURSA DE TENSIUNE” iar cel de al doilea ,, CONDENSATOR” . Click dreapta pe ele si Visibile Item>> Digital Display

trei ,,digital control” Control >>Numeric >>Digital Control. Denumiti-le: ,,SCARA INTENSITATE, LUNGIME GRAFIC, PERIOADE”. Click dreapta pe ,,SCARA INTENSITATE” >>Representation>>V 16. Click dreapta pe ,,LUNGIME GRAFIC” >>Representation>>I 32. Click dreapta pe ,,PERIOADE” >>Representation>>V 32.

2. Construieste urmatoarea diagrama:

3. In fereastra diagrama ampleaseaza:

Functions>> Structures>>For loop

Functions>> Numeric>>Trigonometric>>Sin – avem nevoie de 2

Functions>> Numeric>>Conversion>>SGL – avem nevoie de 2

Functions>> Numeric>>Square root

Functions>> Numeric>>Subtract

Functions>> Numeric>>Logarithmic>>Power of 10

Functions>> Numeric>>Multiply – avem nevoie de 12

Functions>> Numeric>>Divide – avem nevoie de 2

Functions>> Numeric>>Numeric constant – avem nevoie de 7

Functions>> Numeric>>Additional numeric constant>> 2 π – avem nevoie de 2

Functions>> Cluster>>Build Cluster Array.Click pe el, trage-ti de el pana cand avem 4 intrari.

Functions>> Structures>>Case. Click pe structura unde scrie true si scrie-ti 0, click pe sageata si va apare false si scrie-ti 1. Click dreapta pe structura >> Add Case After si scrie-ti 2.

In structura unde scrie 0 pune-ti:

In structura unde scrie 1 pune-ti:

In structura unde scrie 2 pune-ti:

4. Realizati conexiunile.

5 .Ruleaza aplicatia

6. Salveaza aplicatia

APLICATIA 3 In acesta aplicatie vom simula comportarea unei bobine in current alternativ.

1. In fereastra panou amplaseaza:

un grafic de tip “graph” Controls>>Graph>>Waveform Graph cu urmatorul label “REPREZENTAREA GRAFICA MARIMI SINUSOIDALE”. Setati domeniul graficului ca in figura de mai sus. Click dreapta pe graph >>Visibile Item>>Cursor legend. Click pe Plot >>trageti de el pana cand create 5 ploturi si denumiti-le astfel ,,0, TENSIUNE, INTENSITATE, PUTERE instantanee”

un grafic de tip “chart” Controls>>Graph>>Waveform Chart cu urmatorul label “BOBINA”. Setati domeniul graficului ca in figura de mai sus.

doua ,,vertical pointer slide” Control>>Numeric>>Vertical Pointer Slide. Primul avand urmatorul label ,, SURSA DE TENSIUNE” iar cel de al doilea ,, CONDENSATOR” . Click dreapta pe ele si Visibile Item>> Digital Display

trei ,,digital control” Control >>Numeric >>Digital Control. Denumiti-le: ,,SCARA INTENSITATE, LUNGIME GRAFIC, PERIOADE”. Click dreapta pe ,,SCARA INTENSITATE” >>Representation>>V 16. Click dreapta pe ,,LUNGIME GRAFIC” >>Representation>>I 32. Click dreapta pe ,,PERIOADE” >>Representation>>V 32.

2. Construieste urmatoarea diagrama:

3. In fereastra diagrama ampleaseaza:

Functions>> Structures>>For loop

Functions>> Numeric>>Trigonometric>>Sin – avem nevoie de 2

Functions>> Numeric>>Conversion>>SGL – avem nevoie de 2

Functions>> Numeric>>Square root

Functions>> Numeric>>Subtract

Functions>> Numeric>>Logarithmic>>Power of 10

Functions>> Numeric>>Multiply – avem nevoie de 12

Functions>> Numeric>>Divide – avem nevoie de 2

Functions>> Numeric>>Numeric constant – avem nevoie de 7

Functions>> Numeric>>Additional numeric constant>> 2 π – avem nevoie de 2

Functions>> Cluster>>Build Cluster Array. Click pe el, trage-ti de el pana cand avem 4 intrari.

Functions>> Structures>>Case. Click pe structura unde scrie true si scrie-ti 0, click pe sageata si va apare false si scrie-ti 1. Click dreapta pe structura >> Add Case After si scrie-ti 2.

In structura unde scrie 0 pune-ti:

In structura unde scrie 1 pune-ti:

In structura unde scrie 2 pune-ti:

4. Realizati conexiunile.

5 .Ruleaza aplicatia

6. Salveaza aplicatia

Capitolul 4 Calculul puterilor. Masurarea puterii active, reactive, aparente

4.1 Calculul puterilor in circuitele monofazate

4.1.1 Puterea reală (P)

Puterea reală disipată, sau consumată dintr-un circuit, poartă numele de putere reală, unitatea sa de măsură este Watt-ul, iar simbolul matematic este „P”.

4.1.2 Puterea reactivă (Q)

Se știe că elementele reactive precum bobinele și condensatoarele nu disipă putere, dar existența căderii de tensiune și a curentului la bornele lor, dă impresia că acestea ar disipa putere. Această „putere nevăzută” poartă numele de putere reactivă, iar unitatea sa de măsură este Volt-Amper-Reactiv (VAR), și nu Watt-ul. Simbolul matematic pentru puterea reactivă este Q.

4.1.3 Puterea aparentă (S)

Combinația dintre cele două puteri, cea reactivă și cea reală, poartă numele de putere aparentă. Unitatea de măsură a puterii aparente este Volt-Amper (VA), iar simbolul matematic este „S”.

Observație

Ca și regulă, puterea reală este o caracteristică a elementelor disipative, de obicei rezistori, puterea reactivă caracterizează reactanța (X) circuitului, iar puterea aparentă depinde de impedanța (Z) totală a circuitului. Datorită faptului că folosim valori scalare pentru reprezentarea puterilor, toate valorile complexe ale tensiunilor, curenților și impedanțelor trebuie să fie reprezentate sub formă polară și nu sub formă reală sau rectangulară.

Există două ecuații pentru calcularea puterilor reale și reactive, dar există trei ecuații pentru calcularea puterii aparente, P = IE fiind folosită doar în acest scop.

Circuit pur rezistiv

Circuit pur inductiv

Circuit rezistiv-inductiv

4.1.4 Triunghiul puterilor

Relația dintre cele trei tipuri de putere, reală, reactivă și aparentă, poate fi exprimată sub formă trigonometrică. Această exprimare este cunoscută sub numele de „triunghiul puterilor”.

Folosind teorema lui Pitagora, putem afla lungimea oricărei laturi a triunghiului dreptunghic, latură ce reprezintă de fapt puterea respectivă, dacă știm „lungimile” celorlalte două laturi, sau o lungime și unghiul de fază din circuit

4.1.5 Factorul de putere

Unghiul acestui „triunghi al puterilor” reprezintă raportul dintre valoarea puterii disipate (sau consumate) și cantitatea de putere absorbită/returnată. De asemenea, reprezintă și unghiul de fază al impedanței circuitului, sub formă polară. Acest raport dintre puterea reală și puterea aparentă poartă numele de factor de putere al circuitului (k). De asemenea, din geometria triunghiului, putem deduce că factorul de putere este egal și cu cosinusul unghiului de fază. Folosind valorile din circuitul precedent:

Fiind calculat ca un raport, factorul de putere nu are unitate de măsură.

Circuite pur rezistive

Pentru circuitele pur rezistive, factorul de putere este 1 (perfect), deoarece puterea reactivă este egală cu zero. În acest caz, triunghiul puterilor este o linie orizontală, deoarece latura opusă (puterea reactivă) va avea lungimea zero.

Circuite pur reactive

Pentru circuitele pur inductive, factorul de putere este zero, datorită faptului că puterea reală este zero. În acest caz, triunghiul puterilor este o linie verticală, deoarece latura adiacentă (puterea reală) va avea lungimea zero. Același lucru este valabil și pentru circuitele pur capacitive, doar că sensul liniei verticale va fi în jos, nu în sus, cum este cazul circuitelor pur inductive.

Importanța factorului de putere

Factorul de putere este un element foarte important în proiectarea circuitelor electrice de curent alternativ, deoarece un factor de putere mai mic decât 1 înseamnă că circuitul respectiv, sau mai bine spus, conductorii circuitului în cauză, trebuie să conducă mai mult curent decât ar fi necesar dacă reactanța circuitului ar fi zero, caz în care, cu un curent mai mic, puterea reală distribuită pe sarcină ar fi aceeași. Un curent mai mare înseamnă secțiuni ale conductorilor mai mari, ceea ce afectează direct costurile realizării instalației electrice. Dacă circuitul considerat mai sus, ar fi fost pur rezistiv, am fi putut transporta o putere de 169,25 W spre sarcină, cu aceeași valoare a curentului de 1,410 A, și nu doar 119,36 W, valoare ce este disipată în acest moment pe sarcină. Un factor de putere scăzut se traduce printr-un sistem ineficient de distribuție al energiei.

Corectarea factorului de putere

Factorul de putere poate fi însă corectat, paradoxal, prin adăugarea în circuit a unei sarcini suplimentare care să „consume” o cantitate egală de putere reactivă, dar de sens contrar, pentru anularea efectelor reactanței inductive a sarcinii. Reactanțele inductive pot fi anulate și cu ajutorul reactanțelor capacitive, și anume, prin adăugarea unui condensator în paralel cu sarcina (în circuitul precedent). Efectul celor două reactanțe opuse, conectate în paralel, este să aducă impedanța totală a circuitului la o valoare egală cu cea a rezistenței totale. Rezultatul este reducerea unghiului impedanței la zero, sau o valoarea cât mai apropiată de zero.

Introducerea condensatorului în circuit

Știm că puterea reactivă, necorectată, este de 119,99 VAR (inductiv), prin urmare, trebuie să calculăm mărimea corectă a condensatorului, mărime necesară pentru a produce o cantitate egală de putere reactivă (capacitivă). Condensatorul va fi conectat în paralel cu sursa, prin urmare, vom folosi următoarele formule:

Conform rezultatului de mai sus, folosim un condensator cu o capacitate de 22 µF.

Recalcularea factorului de putere

Factorul de putere al circuitului a crescut substanțial, fiind foarte aproape de valoarea 1. Curentul principal a scăzut de la 1,41 A la 994,7 mA, iar puterea disipată pe rezistorul de sarcină a rămas neschimbată, 119,365 W:

Observații

Din moment ce impedanța finală este un număr pozitiv, putem spune că, per total, inductivitatea circuitului este mai mare decât capacitatea sa. Dacă corectarea factorului de putere ar fi fost perfectă, unghiul impedanței ar fi fost zero, sau pur rezistiv. Dacă în schimb, am fi adăugat un condensator prea mare în paralel, am fi obținut un unghi al impedanței negativ, indicând faptul că inductivitatea circuitului este mai mică decât capacitatea sa. Cu un factor de putere de 0,9999, defazajul dintre curent și tensiune este foarte aproape de 0o.

Din moment ce curentul și tensiunea sunt aproximativ în fază, produsul celor două va da o putere pozitivă pe aproximativ întreaga perioadă. Cu un factor de putere mult sub 1, produsul celor două ar fi fost negativ, fapt ce duce la reintroducerea puterii negative în circuit, înapoi spre generator. Această putere nu poate fi „vândută”, dar circulația sa de la sursă la sarcină și invers, duce la pierderi de putere în lungul liniilor de transport datorită rezistenței acestora. Conectarea condensatorului în paralel cu sarcina, rezolvă această problemă.

De notat faptul că reducerea pierderilor prin liniile de transport al curentului electric, se aplică doar de la generator la punctul de corecție a factorului de putere (datorită condensatorului). Cu alte cuvinte, există în continuare circulație electrică între condensator și sarcina (rezistiv-)inductivă. Acest lucru nu este în general o problemă însă, deoarece aplicarea corecției factorului de putere se realizează în vecinătatea sarcinii în cauză.

Pericolul supra-corectării

De asemenea, o capacitatea prea mare într-un circuit de curent alternativ va duce la un factor de putere scăzut, la fel ca în cazul unei inductanțe prea mari. Trebuie să fim prin urmare foarte atenți când realizăm corectarea factorului de putere, pentru a nu supra-corecta circuitul.

Corectarea practică a factorului de putere

Atunci când avem nevoie de corectarea practică a factorului de putere într-un sistem de putere în curent alternativ, probabil că nu vom fi atât de norocoși încât să cunoaștem inductanța exactă a sarcinii. Putem folosi un aparat de măsură special, denumit cosfimetru pentru calcularea factorului de putere. Puterea aparentă o putem calcula folosind un voltmetru și un ampermetru. În cel mai rău caz însă, am putea fi nevoiți să folosim un osciloscop pentru calcularea diferenței de fază, în grade, între formele de undă alte tensiunii și ale curentului; factorul de putere va fi cosinusul acelui unghi.

Dacă avem acces la un wattmetru pentru măsurarea puterii reale, putem compara valoarea citită cu valoarea puterii aparente deduse din produsul tensiunii totale cu a curentului total.

4.2 Măsurarea puterii active și reactive în circuitele trifazate de curent alternativ.

4.2.1.Teorema generalizată (Blondel) a măsurării

puterilor active și reactive prin metoda celor n și n – 1 wattmetre și varmetre.

Se consideră cazul general al unui receptor constituit din impedanțe

liniare, bilaterale, formând o rețea cu ochiuri care comportă n noduri, alimentată printr-un circuit polifazat cu n conductoare (fig 4.1.a). Puterea aparentă complexă totală S este egală cu suma puterilor date de potențialele nodurilor V1, V2, … , Vn, cu curenții I1, I2, … , In:

Dacă se consideră un punct N de un potențial oarecare (fig.4.1.b) notând cu

U1N, U2N, … ,UnN, tensiunile auxiliare de fază, expresia puterii aparente complexe se poate scrie:

Deoarece puterea activă Peste partea reală a puterii aparente complexe rezultă:

(1)

Deoarece puterea reactivă Q este partea imaginară a puterii aparente complexe rezultă

(2)

Relații (1) și (2) se numesc expresiile cu n termeni ale puterii active, respectiv reactive, într-un circuit polifazat cu n conductoare.

Observații

Puterea activă P, respectiv puterea reactivă Q, totală, într-un circuit

polifazat este egală cu suma a n puteri active, respectiv a n puteri reactive monofazate date de diferența de potențial (tensiunile auxiliare de fază) U1N, U2N, … , UnN, între cele n conductoare și un punct arbitrar ales, N, de potențial oarecare cu curenții de linie I1, I2, … In.

2. Puterea activă P, respectiv puterea reactivă Q într-un circuit polifazatcu n conductoare se poate măsura prin metoda celor n wattmetre, respectiv varmetre, montate ca în figura 4.2. și anume: bobinele de curent ale aparatelor se montează în serie pe fiecare fază, respectând polaritatea; circuitele de tensiune se conectează cu borna polarizată la același conductor la care se află și borna polarizată de curent, cealaltă extremitate fiind legată la punctul comun N.

Dacă P1, P2, … ,Pn, respectiv Q1, Q2, … , Qn, sunt indicațiile celor n

wattmetre, respectiv varmetre, suma reprezintă puterea totală, iar suma reprezintă puterea reactivă totală. De remarcat că unele indicații pot fi în sens contrar gradații scării aparatelor (pentru wattmetre când defazajul este>+/2, iar pentru varmetre când curentul Ik este defazat înaintea tensiunii UkN; pentru citirea indicațiilor se inversează legăturile la circuitul de tensiune, iar puterea se consideră cu semn minus.

Dacă se alege ca punct de referință una din faze rezultă Nk,

tensiunile auxiliare devenind tensiunile de linie ale circuitului, (U1N = U1k, U2N = U2k, … , UkN = Ukk = 0, … , UnN = Unk). Relațiile (1) și (2) devin:

(4.3)

(4.4)

Relațiile (3) și (4) se numesc expresiile cu n – 1 termeni ale puteri active, respectiv reactive într-un circuit polifazat cu n conductoare. Deci puterea activă, respectiv reactivă, se va putea măsura și prin metoda celor n –1 wattmetre, respectiv varmetre conectate ca în figura.3, renunțându-se la aparatul de pe faza de referință deoarece Ukk = 0 (bobinele de curent în serie pe fazele 1, 2, …, k – 1, k + 1, … , n, iar circuitele de tensiune se alimentează cu diferențele de potențial între diversele conductoare și faza k de referință). Evident, există n variante ale metodei celor n –1 aparate, deoarece ca fază de referință se poate alege oricare conductor.

Metodele celor n și n – 1 aparate sunt valabile indiferent de gradul de

nesimetrie al tensiunilor de alimentare a circuitului polifazat și de gradul de dezechilibru al curenților de linie.

6. Numărul n – 1 reprezintă numărul minim de aparate care poate fi folosit pentru măsurarea P și Q într-un circuit polifazat cu n conductoare. Numărul n reprezintă numărul maxim de aparate care are sens să fie utilizat.

7. În funcție de punctul N ales arbitrar, puterile monofazate P1, P2, … , Pn, respectiv Q1, Q2, … , Qn, pot să varieze; suma lor rămâne însă mereu constantă deoarece reprezintă puterea totală activă sau reactivă absorbită de receptor.

8. În cazul simetriei totale a circuitului, indicațiile celor n wattmetre sau varmetre, (presupuse identice), devin egale, astfel încât poate fi păstrat un singur aparat: pentru determinarea puterii totale se multiplică indicația acestuia cu n.

4.2.2. Măsurarea puterilor active într-un circuit

trifazat fără conductor neutru.

Conform teoremei generalizate Blondel, puterea activă într-un circuit trifazat fără conductor neutru, pentru n = 3 conductoare, se poate măsura prin metoda celor n = 3 sau n – 1 = 2 wattmetre.

2.1.Metoda celor trei wattmetre.

Se fac următoarele ipoteze inițiale:

tensiunile de alimentare formează un sistem nesimetric (U12 U23 U31) deci, în planul topografic al potențialelor, triunghiul tensiunilor de linie rezultă oarecare;

curenții de linie formează un sistem dezechilibrat (I1 I2 I3);

nu se precizează natura receptorului.

Expresia cu n = 3 termeni a teoremei generalizate Blondel pentru

măsurarea puterii active este:

(5)

În figura 4 se prezintă schema de montaj a wattmetrelor. Punctul N poate ocupa în planul topografic al potențialelor următoarele poziții:

în exteriorul triunghiului tensiunilor de linie, dacă N primește artificial din exterior un anumit potențial;

în interiorul triunghiului, într-o poziție oarecare în funcție de rezistențele circuitelor de tensiune ale wattmetrelor, dacă RWU1RWU2RWU3, dacă N este lăsat liber;

în centrul de greutate al triunghiului, NG, dacă circuitele de tensiune ale wattmetrelor au rezistențe egale (RWU1=RWU2=RWU3)

Observație

Valoarea maximă a tensiunilor U1N, U2N, U3N care se aplică circuitelor de tensiune ale celor trei wattmetre poate fi tensiunea de linie a circuitului trifazat (se vor alege deci corespunzător domeniile de măsurare ale aparatelor).

Caz particular al metodei celor trei wattmetre.

Metoda unui singur wattmetru.

Se fac următoarele ipoteze inițiale:

tensiunile de alimentare formează un sistem simetric U12=U23=U31=U deci în planul topografic al potențialelor, triunghiul tensiunilor de linie este echilateral ;

curenții de linie formează un sistem echilibrat (I1=I2=I3=I);

deoarece punctul comun al circuitelor de tensiune, aplicând metoda celor trei wattmetre, rezultă în centrul de greutate al triunghiului, tensiunile auxiliare de fază U1N, U2N, U3N, se confundă cu tensiunile stelate ale distribuției trifazate simetrice E1, E2, E3. Tensiunile stelate formează un sistem simetric E1=E2=E3=E;

defazajele dintre tensiunile stelate de fază și curenții de linie sunt egale:

În aceste condiții puterile indicate de cele trei wattmetre sunt egale și

relația (5) devine

(6)

Deci puterea activă trifazată poate fi măsurată cu un singur wattmetru cu condiția de a se observa ansamblul celor trei rezistențe egale, în scopul creări unui punct neutru artificial N, situat în centrul de greutate al triunghiului.Rezulta

montajul unui singur wattmetru (fig.7) în care RWU este rezistența circuitului său de tensiune, iar Ra, R = Ra + RWU și R = Ra + RWU sunt trei rezistențe adiționale pentru crearea punctului neutru N. Dacă P1 este indicația acestui wattmetru, puterea activă trifazată va fi:

Observații

Metoda unui singur wattmetru nu se aplică la măsurarea puterii

microreceptoarelor (prezența aparatului pe una din faze produce o nesimetrie a sistemului de tensiuni aplicat receptorului).

Dacă punctul neutru al receptorului este accesibil (sarcină simetrică

montată în stea) wattmetrul poate fi conectat cu borna nepolarizată la acest punct neutru, rezistențele auxiliare nemaifiind necesare (fig.4.8)

Măsurarea puterii cu wattmetrul montat indirect, prin intermediul

transformatoarelor de măsură, se realizează conform schemei din figura .9.

Wattmetrele monofazate montate permanent în circuite trifazate

echilibrate după schemele din figurile.8 și .9 au de obicei scara gradată astfel încât să indice direct puterea activă trifazată.

2.2. Metoda celor două wattmetre. Wattmetrul electrodinamic trifazat.

Se fac următoarele ipoteze inițiale:

tensiunile de alimentare formează un sistem nesimetric U12U23U31 (triunghiul tensiunilor de linie este oarecare);

curenții de linie formează un sistem dezechilibrat I1I2I3.

Presupunând că se adoptă faza 2 ca referință, deci N 2, tensiunile

auxiliare devin:

U1N = U12, U2N = U22 = 0, U3N = U32.

Teorema lui Blondel (expresia cu n – 1 – 2 termeni) devine:

Corespunzător rezultă schema de montare a celor două wattmetre (fig.4.10) și diagrama fazorială a circuitului (fig.4.11). În cazul particular al unui circuit cu tensiuni simetrice și curenți echilibrați, sunt îndeplinite condițiile:

U12=U23=U31=U; I1=I2=I3=

Din diagrama fazorială din figura 4.12 rezultă că defazajul dinte U12 și I1este de 30+, iar defazajul dintre U32 și I3 este de 30–, deci puterile măsurate de cele două wattmetre rezultă:

Observații

Pentru un receptor capacitiv, în expresiile, puterilor P1 și P2 se

modifică semnul defazajului .

Pe baza indicațiilor celor două wattmetre se poate obține defazajul

,cu relația:

Pentru un receptor pur rezistiv, indicațiile celor două wattmetre sunt

egale (P1 = P2) când = 0. Pentru un receptor pur reactiv ( = 90) puterile măsurate de cele două wattmetre sunt egale și de semn contrar ( –P1 = P2), deci puterea activă totală (trifazată)este nulă. Pentru = 60, P1 = 0, deci P = P2.

Din indicațiile celor două wattmetre se poate deduce și puterea reactivă

trifazată:

În scopul măsurări puterii active trifazate cu un singur aparat s-au

construitwattmetre trifazate denumite și wattmetre duble. Wattmetrele duble de tip electrodinamic sunt compuse din două wattmetre monofazate, având bobinele de tensiune cuplate pe același ax (asupra cărora acționează astfel suma cuplurilor date de cele două wattmetre), care sunt conectate în circuit trifazat după schema din figura 4.13.

Măsurarea puteri trifazate cu ajutorul wattmetrelor duble putându-se

aplică atât în cazul circuitelor cu tensiuni nesimetrice și curenți echilibrați, cât și în cazul circuitelor cu tensiuni nesimetrice și curenți dezechilibrați, are o mare răspândită în practică (fig.13). Scara wattmetrelor duble este adeseori gradată direct în wați, puterea maximă marcată pe cadran fiind egală P = 1,73UnIn (Un și In sunt valorile nominale pentru care este construit wattmetrul). În cazul wattmetrelor duble de la laborator scara este extinsă până la o putere 2UnIn corespunzătoare puteri active pe care o poate măsura wattmetrul dublu când este utilizat ca wattmetru monofazat, prin conectarea în serie a bobinelor de curent și în paralel a bobinelor de tensiune.

4.2.3. Măsurarea puterii active într-un circuit trifazat cu conductor neutru

Conform teoremei lui Blondel pentru măsurarea puterii active se pot adopta metodele celor patru și trei wattmetre (la care se alege ca fază de referință: conductorul neutru). Expresia cu n = 4 termeni a teoremei lui Blondel rezultă

Rezultă deci modul de conectare a celor patru wattmetre (fig.14) și diagrama fazorială din figura 15. Expresia cu n – 1 termeni a teoremei Blondel rezultă:

Fig.14. Metoda celor patru wattmetre

Fig. 15. Diagrama fazorială a schemei din figura 4.14

Rezultă deci modul de conectare a celor trei wattmetre (fig.4.16) și diagramele fazoriale corespund prezenței respectiv absenței impedanței pe conductorul neutru (fig.17 și fig 18).

Receptorul, în cazul acestor circuite, este de regulă montat în stea și nu conține impedanță, astfel încât cele trei wattmetre din fig.16 măsoară fiecare puterea consumată pe faza respectivă. Puterea totală a circuitului este dată de suma indicațiilor celor trei wattmetre:

P = P1 + P2 + P3, (7)

Indicațiile wattmetrelor fiind totdeauna pozitive, oricare ar fi dezechilibrul curenților, nesimetria tensiunilor și caracterul sarcinii.

Fig. 16. Metoda celor trei wattmetre

Fig.17. Diagramă fazorială a schemei din figura16 în

cazul unei impedanțe pe conductorul neutru

În scopul măsurări directe a puterii active, trifazate dată de expresia (7) se folosesc wattmetre trifazate cu câte trei sisteme active având bobinele de tensiune fixate pe un ax comun care, fiind acționat de toate cele trei cupluri active, produce o deviație proporțională cu puterea totală consumată în circuit (fig. 19).

În cazul particular al sistemului simetric de tensiuni și sistemului echilibrat de curenții, se poate utiliza metoda unui singur wattmetru (fig20).

Fig.18. Diagramă fazorială a schemei din figura 16 în

cazul absenței impedanței pe conductorul neutru

Fig.19. Wattmetru trifazat cu trei sisteme active (montaj semiindirect, cu transformatoare de curent și rezistențe adiționale – distribuțiile trifazate cu conductor neutru se utilizează practic numai pentru: 220/127V, 380/220V, 500/380V pentru care nu se folosesc transformatoare de tensiune)

Fig.20. Metoda unui singur wattmetru pentru măsurarea

temperaturii circuitului trifazat cu conductor neutru

4.2.4. Măsurarea puterii reactive în circuite trifazate fără conductor neutru.

A. Metoda celor trei wattmetre în montaj special,

alimentate cu tensiuni auxiliare de fază.

Ipotezele inițiale sunt:

tensiunile de linie care alimentează circuitul trifazat formează un sistem simetric, U12=U23=U31=U (deci triunghiul reprezentativ al fazorilor rezultă echilateral) (fig.4.21);

curenții de linie formează un sistem dezechilbirat: I1I2I3;

nu se fac precizări asupra naturii și conexiunilor receptorului.

Teorema Blondel (expresia cu n = 3 termeni) relativ la măsurarea putrii

reactive este:

Deci:

Fig.21. Diagrama fazorială pentru:

U12 = U23 = U31 = U; (b) I1I2I3

Fig 22. Metoda celor trei wattmetre pentru măsurarea puterilor

active pentru circuite trifazate fără conductor neutru

Se vor determina puterile active P1, P2, P3 echivalente puterilor reactive Q1, Q2, Q3. Deci, din diagrama fazorială urmează să se găsească tensiunile auxiliare care să fie defazate cu /2 în urmă față de tensiunile de bază . Dar U1NE1, U2NE2, U3NE3, punctul N fiind ales chiar în centrul de greutate al triunghiului echilateral. Tensiunile stelate de fază, E1, E2 și E3formează un sistem simetric, deci E1 = E2 = E3 = E. Din diagrama fazorială se determină tensiunea defazată cu /2 în urmă față de ; aceasta este . Deci puterea reactivă monofazată Q1este:

în care

,

deci:

.

Analog se determină tensiunile U31 și U12 fiind defazate cu /2 în urmă față de U2NE2 și U3NE3; rapoartele și având aceeași valoare , rezultă:

Puterea reactivă trifazată va fi dată de relația:

Deci, bobinele de curent ale wattmetrelor se montează în serie pe cele trei faze ale circuitului; circuitele de tensiune ale wattmetrelor se alimentează cu tensiunile între fazele următoare celei pe care se montează bobina de curent. (fig.4.22).

4.1.1. Caz particular al metodei celor trei wattmetre. Metoda unui singur wattmetru pentru măsurarea puteri reactive.

Ipotezele inițiale sunt:

tensiunile de linie formează un sistem simetric U12 = U23 = U31 = U;

curenți de linie formează un sistem echilibrat I1 = I2 = I3 = I.

Fig.23. Diagrama fazorială pentru:

U12 = U23 = U31 = U; (b) I1 = I2 = I3 = I

Fig24. Metoda unui singur wattmetru

pentru măsurarea puterii reactive

Circuitul trifazat este deci cu simetrie totală (de tensiune și curent), astfel

încât din diagrama fazorială din figura 4.23 se observă că puterile P1, P2, P3 au expresiile:

deci puterea reactivă trifazată este:

Deoarece puterile P1, P2, P3 sunt egale, puterea reactivă trifazată se poate măsura cu ajutorul unui singur wattmetru, de exemplu primul, montat ca în figura 4.24 cu bobina de curent pe faza 1, iar circuitul de tensiune conectat între fazele 2 și 3. Puterea Q este egală cu puterea activă indicată de wattmetru P1 multiplicată cu .

B. Metoda celor două wattmetre în montaj special, alimentate cu tensiuni auxiliare de fază.

Ipotezele inițiale sunt:

tensiunile de linie formează un sistem simetric U12 = U23 = U31 = U;

curenții de linie formează un sistem dezechilibrat I1I2I3.

Metoda se bazează pe expresia cu doi termeni a puterii reactive dedusă

din teorema lui Blondel:

sau:

Din diagrama fazorială a circuitului reprezentat în figura 4.25, rezultă că tensiunea defazată cu /2 în urmă față de U12este , iar tensiunea defazată cu /2 în urmă față de U32 este . Deoarece tensiunile stelate de fază formează un sistem simetric (E1 = E2 = E3 = E), rezultă că raportul

dintre tensiunea de bază U și tensiunea auxiliară de fază E este același pentru ambele wattmetre, deci: K1 = K2 = K = U/E = . Puterea reactivă este:

măsurându-se cu două wattmetre montate ca în figura 26. În această schemă tensiunile E1 și E2 se obțin prin crearea punctului neutru artificial N cu ajutorul rezistenței R de valoare egală cu rezistențele circuitelor de tensiune ale celor două wattmetre.

Fig. 25. Determinarea tensiunilor auxiliare de fază pentru măsurarea

puteri reactive trifazate prin metoda celor două wattmetre

Fig. 26. Metoda celor două wattmetre pentru

măsurarea puteri reactive trifazate

Fig.27. Diagrama fazorială pentru:

(a) U12 = U23 = U31 = U; (b) I1 = I2 = I3 = I

În cazul particular al sistemului echilibrat de curenți (I1 = I2 = I3 = I) pe baza diagramei fazoriale din figura 4.27 se deduc expresiile puterilor active măsurate de cele două wattmetre:

(8)

Observație

Din relațiile (8) se constată că din indicațiile P(1 și P(2 ale wattmetrelor se pot determina:

puterea reactivă:

puterea activă

defazajul receptorului

4.2.5. Măsurarea puterii reactive în circuite trifazate cu conductor neutru

În circuitele trifazate cu conductor neutru, alimentat cu tensiuni simetrice se folosește schema cu n –1 = 3 wattmetre, montate în conformitate cu principiul general. Expresia cu trei termeni a teoremei generalizate Blondel este (adoptat din referință

Fig. 28. Diagrama fazorială pentru un

circuit trifazat cu conductor neutru

Fig.29. Metoda celor wattmetre pentru măsurarea puterii

reactive într-un circuit trifazat cu conductor neutru

Din diagrama fazorială (fig. 28) se deduc tensiunile cu care se alimentează wattmetrele (U23, U31, U12) rezultând schema din figura 29. În cazul particular al tensiunilor simetrice și curenților echilibrați, puterea reactivă se poate măsura cu un singur wattmetru (fig.30). Pe baza schemelor prezentate se construiesc varmetrele trifazate pentru circuite cu tensiuni simetrice.

Fig. 30. Metoda unui singur wattmetru pentru măsurarea

puteri reactive într-un circuit trifazat cu conductor neutru

Capitolul 5. Realizăripractice

Pentru realizarea practică a proiectului am folosit mediul de programare pe blocuri LabVIEW. În acesta am realizat programe care masoara puterea activă, puterea reactivă, puterea aparentă atât în regim monofazat cât și în regim trifazat.

5.1 În regim monofazat

Programul în LabVIEW care masoară puterile în regim monofazat a fost realizat utilizând atât blocuri de intrare cât și blocuri de ieșire.

Imaginile prezintă blocurile în diagrama panou

Putem observa că blocurile de intrare sunt facute în așa fel încât se poate introduce o valoare de la tastatură iar cele de iesire arată prelucrarea datelor cu ajutorul programului după realizarea schemelor în fereastra diagramă.

În fereastra diagrama aceste blocuri arată astfel:

Dupa adăugarea acestor blocuri se adaugămai multe blocuri printre care și un generator de semnal

Apoi se fac legăturile cu fire în fereastra diagramă și se rulează programul.

În regim monofazat programul arată astfel:

Fereastra panou și diagrama bloc:

În diagrama bloc putem observa legăturile făcute între blocuri pentru a realiza ceea ce ne-am dorit.

În fereastra panou se observă blocurile de unde putem schimba datele dar și blocurile rezultate după modificarea datelor.

Observăm că putem modifica amplitudinea, frecvența de intrare, offsetul de tensiune și faza semnalului de tensiune. Același lucru și pentru curent. Deasemenea există un buton de reset de semnal atât pentru tensiune cât și pentru curent.

Se observă cum arată semnalele de tensiune și curent la o valoare a amplitudinii de 5, la frecvența de 50 hz. Deasemenea se observă și valorile puterii active, puterii reactive, puterii aparente și a factorului de putere calculat. Este prezenta și o diagramă a vectorilor care ne arata diferența de fază dintre vectorul tensiune și vectorul de curent.

Programul LabVIEW este un program în care programele rulează în timp real.

Adică odată rulat programul cu parametrii de intrare stabiliți, acesta calculează și afisează în blocurile de ieșire; dar daca modificăm parametrii de intrare, în timp real, programul calculează și afișează noul rezultat în blocurile de ieșire.

5.2 În regim trifazat

În regim trifazat programul se realizează asemănător doar că, de această data, în loc de o fază, avem 3 faze. Blocurile de intrare arată asemănător doar că sunt mai multe, cele de iesire la fel doar că graficele sunt făcute să arate cele 3 faze în același timp

Putem observa și calculul puterilor active, reactive, aparente și a factorului de putere pentru fiecare fază în parte, dar și diagrama vectorilor tensiune și curent, deasemenea pentru fiecare fază in parte.

Diagrama bloc a programului pentru regim trifazat este destul de voluminoasa de aceea am realizat mai multe poze pentru a incerca să vedem cum arată.

Aceasta este o vizualizate aproximativă a legăturilor realizate pentru construirea diagramei bloc a programului în regim trifazat.

6. Concluzii, propuneri și direcții de dezvoltare viitoare

După părerea mea, programul LabVIEW este destul de complex din punctul de vedere al aplicațiilor în care se poate utiliza, în sensul că poate fi folosit în aproape orice tip de aplicatie, dar un program destul de simplu pentru utilizator. Spun că este un program destul de simplu deoarece este mult mai ușor de realizat un program în LabVIEW decât în C sau C++ sau Matlab. Spun asta deoarece este un mediu de programare pe blocuri și are un avantaj fața de C si C++, iar avantajul fața de Matlab ar fi că LabVIEW folosește SubVI-uri cu extensia .m adică și programe realizate în Matlab.

Din punctul meu de vedere, indiferent cât de bun ești ca programator în alte limbaje de programare nu poți să scrii, să zicem 100 de linii de cod fără sa greșești și mai durează o perioadă destul de mare să-ți dai seama de greșeala, lucru care nu se întâmplă in LabVIEW, deoarece dacă nu conectezi corect 2 blocuri, programul îți indică asta și poti remedia greșeala imediat.

Deasemenea, există toolkituri care se găsesc pe www.ni.com și cu ajutorul cărora se poate realiza un program într-un anumit domeniu.

Ca și propunere, afirm cu convingere că mediul de programare LabVIEW poate fi folosit cu scop didactic în diverse laboratoare. El poate fi utilizat atât pe partea electrică pe care am lucrat eu cât și la diverse laboratore de semnale, radio, etc.

Pe partea electrică se pot observa foarte bine tensiunile, curenții, puterile și energiile calculate, vectorii tensiune și curent. Se pot face lucrări de laborator atât pe partea de simulare cât și pe partea practică. Marele avantaj al studenților ar fi faptul că se văd graficele foarte bine și nu trebuie să-ti imaginezi cum ar arăta un curent, o tensiune, un sistem monofazat sau unul trifazat; pur și simplu se vad în program.

Pe partea de semnale și radio, se pot vedea foarte bine și foarte clar cum arată un semnal sinusoidal, un semnal defazat, un semnal modulat în frecvență, modulat în amplitudine sau în fază, se poate observa deasemenea un receptor radio, un amplificator sau alte diverse aplicații.

Deasemenea, cu ajutorul programului acesta se pot calcula funcții si ecuații de gradul I, II, dar unele mai complicate precum integrale, derivate, ecuatii diferentiale.

De-a lungul ultimului an de studii în Academia Tehnica Militară, am realizat mai multe proiecte utilizând mediul LabVIEW începînd bineînteles cu lucrarea de diplomă pe partea de rețele electrice, unde am realizat și o parte practica destul de interesantă, dar și alte proiecte mai mici sau mai mari în funcție de posibilități. Printre acestea aș enumera un radioreceptor modulat în frecvență, unde am reușit doar o parte de simulare și nu am reușit partea practică a acestuia care mi s-ar părea destul de interesantă. Pe viitor aș dori să realizez aceasta parte practică dar si alte proiecte mai mult sau mai puțin realizabile. Aș dori ca pe viitor să pot să utilizez cât de mult posibil mediul de programare LabVIEW.

7. Bibliografie

Ronald W. Larsen, LabVIEW for Engineers, Prentice Hall, 2011.

Cory L Clark, LabVIEW Digital Signal Processind and Digital Communications, McGraw-Hill, 2005.

Gavrilă G., Bazele electrotehnicii. Teoria circuitelor electrice. Vol. I și II, editura ATM, Bucuresti, 1988, 1991.

www.ni.com , site-ul National Instruments

John G. Webster, editor-in-chief, Electrical Measurement, Signal Processing and Displays, CRC Press LLC, 2004

Jeffrey Travis, Jim Kring, LabVIEW for everyone: Graphical Programming Made Easy and Fun, Third Edition, Prentice Hall, 2006

Tony R. Kuphaldt Introducere în circuite electrice și electronice