Электромагнитная совместимость (ЭМС)
Часть 4: Методика исследований и измерений.
Раздел 15: Фликерметр – Функциональные и конструктивные особенности.
(Перевод Андрушкевич О.Н.- магистр ДНТУ)
1 Область применения и цели
Раздел настоящий стандарт IEC 61000-4 устанавливает конструктивные и технические характеристики к приборам для измерения количественных характеристик фликера (фликерметрам), предназначенных для обозначения правильного уровня фликера применительно к встречающимся на практике характеристикам изменения напряжения.
Представлена информация для создания данного инструмента. Методы предназначены для определения интенсивности фликера на основе показаний прибора, в соответствии с настоящим стандартом.
Требования к приборам были установлены рабочей группой International Union for Electroheat (IUE) и опубликованы в 1992 году. Следовательно, технические требования характеристики фликерметра относятся к измерениям в низковольтных электрических сетях напряжением 230 В, частотой
50 Гц. Технические нормы для иных значений напряжений и частот находятся на стадии рассмотрения.
Целью этой главы является предоставить основную информацию.
для разработки и изготовления аналогового или цифрового видов приборов.
2 Нормативные ссылки
Нормативные документы содержат средства, которые через ссылки в этом тексте составляют основную часть стандарта. Во время публикации, указанные издания были действующими. Все нормативные документы подвергаются переработке и части этих соглашений основанных на этом разделе дают возможность применения более новых изданий нормативных документов. Члены IEC 61000-4 поддерживают Международный Стандарт.
3 Описание прибора 3.1 Общие положения
Приведенное ниже описание основано на конструкции прибора аналогового вида.
Функциональная схема прибора, представлена в виде блок-диаграммы, приведена на рисунке 1 и состоит из двух частей, выполняющих следующие задачи:моделирование реакции цепи “лампа —глаз —мозг";текущий статистический анализ сигнала фликера и отображение
результатов измерений.
Для выполнения первой задачи предназначены блоки 2, 3 и 4, второй
задачи - блок 5.
3.2 Блок 1 - преобразователь входного напряжения и цепь проверки калибровки
Блок 1 включает генератор сигналов для проверки калибровки прибора в процессе эксплуатации и цепь преобразования напряжения, который приводит
усредненное среднеквадратичное значение входного напряжения основной частоты к внутреннему опорному уровню напряжения прибора. Тем самым измерения фликера могут быть осуществлены независимо от действительного уровня напряжения на входе прибора и выражены в процентном отношении. Отводы первичной обмотки входного трансформатора выбирают таким образом, чтобы привести сигнал на входе преобразователя напряжения в допустимом диапазоне изменения напряжения прибора.
Примечание - В приборах цифрового вида преобразование напряжения
Может производится умножением мгновенных значений входного напряжения на 230 В и делением на значение входного напряжения, усредненное на интервале 60 с.
3.3 Блок 2 —квадратичный демодулятор
Назначение блока 2 —воспроизведение колебаний напряжения путем
возведения в квадрат входного напряжения, приведенного к внутреннему опорному уровню напряжения прибора, для имитации характеристик лампы.
3.4 Блоки 3 и 4 —взвешивающие фильтры, устройства квадратичной
обработки и сглаживания
Блок 3 состоит из двух селективных фильтров, включенных последовательно и
переключателя пределов измерений, который может быть установлен до или после селективных фильтров.
Первый фильтр подавляет постоянную составляющую выходного напряжения
квадратичного демодулятора и удваивает переменную составляющую частоты основного питания на выход демодулятора.
Второй фильтр является взвешивающим фильтром, который моделирует
частотную характеристику газонаполненной электрической лампы (60 Вт, 230 В) в комбинации со зрительной системой человека.
Ответная функция основана на пороге восприимчивости человека к колебаниям частоты из 50 % испытываемых людей, которая была определена для каждой частоты.
Блок 4 состоит из устройства квадратичной обработки сигналов и низкочастотного фильтра первого порядка. Восприятие фликера человеком с учетом характеристик лампы, глаза и мозга моделируется нелинейной характеристикой, обеспечиваемой блоками 2, 3 и 4.
Блока 3 основан на отображении кривой восприимчивости человека при
синусоидальных колебаниях напряжения; соответствующее взвешивание при
несинусоидальных и случайных колебаниях напряжения достигается за счет выбора комплексной передаточной функции блоков 3 и 4. Благодаря этому обеспечивается правильное функционирование прибора при периодических прямоугольных сигналах, также как при переходных сигланах.
На выходе блока 4 формируется мгновенное значение фликера.
3.5 Блок 5 - устройство текущего статистического анализа
Блок 5 представляет собой микропроцессор, осуществляющий текущий анализ
уровня фликера для непосредственного расчета его основных характеристик.
Соответствующий интерфейс обеспечивает запись и представление данных. Этот блок обеспечивает измерение дозы фликера путем измерения статистического анализа. Статистический анализ основан на разбиении амплитуды сигнала. Сигнал уровня фликера производится с постоянной частотой.
Каждый раз, когда уровень фликера достигает определенного значения, счетчик соответствующего класса добавляет единицу к имеющемуся числу. Выбирая частоту опроса по крайней мере в два раза большей, чем максимальная частота фликера, получают в конце интервала измерения окончательный результат анализа, который представляет собой распределение длительностей уровней фликера.
Суммируя показания счетчиков всех классов и выражая показание счетчика каждого класса по отношению к общей сумме, получают функцию плотности вероятности уровня фликера.
Из этой функции получают интегральную функцию вероятности, применяемую
при осуществлении статистического анализа “время —уровень фликера”. Рисунок 2 схематично показывает метод статистического анализа, ограниченной для простоты представления 10 классами.
С использованием интегральной функции вероятности могут быть получены
основные статистические характеристики фликера, такие как среднее значение, стандартное отклонение, уровень фликера, превышаемый на заданной части интервала наблюдения (в процентах), и, наоборот, относительное время, в течение которого уровень фликера превышает заданное значение.
Интервал наблюдения определяется двумя регулируемыми интервалами времени: кратковременным Тs и длительным Tl.
Причем длительный интервал должен быть кратен кратковременному.
При проведении статистического анализа в реальном времени сразу после
получения результатов на кратковременном интервале TS начинается анализ следующего временного интервала наблюдения и результаты предыдущего интервала поступают на выход фликерметра. Таким образом, количество измерений при кратковременном анализе будет получен конечный результат на общем интервале. Графики интегральной функции вероятности, как правило, соответствуют нормальному закону распределения.
3.6 Выходы прибора
3.6.1 Общие положения
В соответствии с диаграммой фликерметра, показанной на рисунке 1, в приборе предусмотрены выходы между 1 и 5. Выходы, отмеченные звездочкой, не являются обязательными, но могут быть полезны для более полного использования возможностей прибора при анализе колебаний напряжения.
3.6.2 Выход 1
Назначение выхода 1 и связанного с ним измерителя огибающей
среднеквадратичных значений напряжения заключается в том, чтобы представить форму колебаний входного напряжения. Для этого осуществляют квадратичную обработку сигнала, интегрирование на интервале между моментами перехода напряжения каждой полуволны через нуль и извлечение квадратного корня.
Для того, чтобы заметить малые изменения напряжения с хорошим разрешением, необходимо регулировать смещение постоянной составляющей.
3.6.3 Выход 2
Выход 2 необязательный и в основном предназначен для контроля и настройки блока 3 .
3.6.4 Выход 3
Выход 3(необязательный) предназначен для отсчета мгновенного линейного значения относительно изменения напряжения, выраженные в процентах, соответствующие относительным изменения напряжения синусоидальной формы частотой 8,8 Гц. Этот выход предназначен для регулировки пределов измерений прибора.
3.6.5 Выход 4
Выход 4 предназначен для отображения результатов интегрирования
мгновенных значений фликера на интервале времени 1 мин.
3.6.6 Выход 5
Выход 5 обязательный. На выходе 5 получают мгновенные значения фликера, которые могут быть записаны на ленточный самописец для быстрой оценки или на магнитную ленту для длительных измерений и для последующей обработки данных.
3.6.7 Выход 6
Выход 6 обязательный и соединен последовательно с цифровым интерфейсом и соответствующим принтером и магнитным самописцем. Аналоговые диаграммы интегральной вероятности функции и могут быть получены прямо из этого блока, используя другие аналого-цифровые преобразователи.