Po skompletowaniu stanowiska pomiarowego możemy przystąpić do pomiarów. W drugiej części artykułu opisano funkcje programu „Ultra Power Analyzer” wykorzystywane do prowadzenia podstawowej analizy jakości mocy. Pomiary te są przydatne do badania wszelkiego rodzaju urządzeń elektrycznych dołączanych do sieci zasilającej, określania ich charakteru i poziomu wprowadzanych zakłóceń. Opisano też pomiar prądu rozruchowego.

Wszystkie funkcje pomiarowe programu „Ultra Power Analyzer” umieszczono w oddzielnych zakładkach. W wyniku wywołania danej funkcji wykonywane są obliczenia wielu parametrów. Wyniki liczbowe są wyświetlane w stabelaryzowanej postaci pod oscylogramem, a gdy potrzebna jest ich interpretacja graficzna obok tabeli pojawia się dodatkowy wykres. Teraz przyjrzymy się, jak pomiary przebiegają w praktyce.

Pomiar jakości mocy

Pomiar jakości mocy pozwala określać podstawowe parametry mocy pobieranej przez odbiornik energii elektrycznej. Są to:

• napięcie skuteczne,
• prąd skuteczny,
• moc czynna,
• moc bierna,
• moc pozorna,
• współczynnik mocy,
• przesunięcie fazowe,
• impedancja odbiornika energii,
• współczynnik szczytu napięcia,
• współczynnik szczytu prądu.

Pomiar ten jest przydatny szczególnie podczas badania nieliniowych odbiorników energii elektrycznej, zasilaczy impulsowych, przetwornic, falowników itp. W urządzeniach takich obserwujemy znaczne różnice w przebiegach prądu i napięcia. Kształt przebiegu prądowego może być znacznie zniekształcony, występuje często przesunięcie fazowe względem napięcia, prąd może płynąć tylko w pewnym przedziale całego okresu. Konsekwencją tych zjawisk jest duża zawartość harmonicznych przebiegu prądowego. Przy nieprawidłowo wykonanej sieci odbiornik taki może wprowadzać zakłócenia do innych urządzeń.

Pomiar jakości mocy rozpoczyna się po uaktywnieniu zakładki „Power Quality Measurement” w głównym oknie programu (rys. 7) i zaznaczeniu pola „Power Quality”. Wcześniej można się upewnić o tym, jak powinno być zestawione stanowisko pomiarowe. Po naciśnięciu przycisku ekranowego Taps zostaje wyświetlony rysunek z przykładowym schematem badanego urządzenia. Ilustruje on zasadę dołączania sondy napięciowej i prądowej.

Rys. 7. Uruchomienie pomiaru jakości mocy z włączoną podpowiedzią o konfiguracji stanowiska pomiarowego

Przed pomiarem wyświetlane jest pouczenie informujące o tym jakich nastaw należy dokonać w oscyloskopie, aby uzyskać najbardziej odpowiedni tryb pracy przyrządu. Rekomendowane jest wstępne korzystanie z przycisku Auto znajdującego się na płycie czołowej oscyloskopu, a po automatycznym doborze parametrów wskazane jest dokonanie ewentualnych ręcznych korekcji nastaw. Z opcji „Auto” można oczywiście zrezygnować.

Na rys. 8 przedstawiono wyniki badania jakości mocy dla klasycznej żarówki 60 W. Uzyskano dużą zgodność zmierzonej mocy czynnej (59,487 W) z mocą znamionową żarówki. Jak widać, odbiornik tego rodzaju ma charakter praktycznie czysto rezystancyjny. Współczynnik mocy (cos ö) jest równy 0,998. Zmierzone współczynniki szczytu dla prądu i napięcia są zbliżone do wartości odpowiadających czystej sinusoidzie. Strumień światła emitowany przez taką żarówkę jest równy około 710 lm. Dla porównania zmierzono żarówkę fotograficzną o nieznacznie większej mocy znamionowej 85 W, ale o strumieniu 4900 lm (rys. 9). Jej konstrukcja jest typowa dla znanych już dobrze żarówek energooszczędnych, co potwierdzają pomiary. Zmierzona moc czynna, a więc ta, za którą płacimy, jest w tym przypadku równa 70 W (mniejsza od znamionowej), za to na oscylogramie wyraźnie widoczny jest impulsowy charakter poboru prądu. Współczynnik mocy równy 0,688 oznacza, że żarówka pobiera dość znaczną moc bierną, nawet większą od mocy czynnej. Po dokładniejszym przyjrzeniu się przebiegowi prądu można zauważyć wyraźną składową o częstotliwości ok. 32 kHz. Widać też, że prąd jest pobierany tylko w czasie ok. 3,08 ms w każdej połówce cyklu trwającej 10 ms (rys. 10a). Ostatnią obserwacją jest dużo większa wartość maksymalna natężenia prądu żarówki fotograficznej mimo tylko nieznacznie większej wartości skutecznej (rys. 10b).

Rys. 8. Pomiary jakości mocy dla klasycznej żarówki 60 W (ok. 710 lm)

Rys. 9. Pomiary jakości mocy dla żarówki fotograficznej 85 W/4900 lm

Rys. 10. Przebieg prądowy w żarówce fotograficznej a) pomiar czasu przepływu prądu, b) pomiar natężenia maksymalnego

Program „Ultra Power Analyzer” wykorzystuje do obliczenia mocy pozyskane w procesie akwizycji przebiegi napięcia i prądu. Wynik jest otrzymywany przez całkowanie iloczynu tych sygnałów. Aby był on prawidłowy konieczne jest dokładne wyznaczenie długości cyklu przebiegu, moc jest bowiem uśredniana za okres. Autorzy programu zrezygnowali z automatycznego wykonywania tej operacji przerzucając to zadanie na użytkownika. Na zakładce „Power Quality Measurement” znajdują się więc dwa pola, poprzez które wprowadzana jest częstotliwość przebiegu i liczba okresów widocznych na ekranie. Parametry te są następnie wykorzystywane do zmiany podstawy czasu oscyloskopu tak, aby zostały spełnione wymagania użytkownika. Co ciekawe, podstawa czasu może przybierać wartości niemożliwe do ustawienia za pomocą pokrętła oscyloskopu.