Przed zmontowaniem urządzenia w całość miernik badany był na stosunkowo małych mocach, gdy zaczęto mierzyć duże prądy przerywane regulatorem mocy pod dużym obciążeniem okazało się że wyniki pomiarów powyżej pewnego progu mocy na poziomie ok. 3 kW zaczynają być znów niestabilne tzn. trafiały się nieregularne odchyłki. Najprawdopodobniej w układzie mocy podczas załączania i rozłączania pod dużym obciążeniem powstawały zakłócenia a przetworniki LEM-a są tak szybkie, że mogły wykonać nawet kilka próbek takiego niechcianego piku w układzie co zawyżało wartość średnią danego pomiaru. Najlepszym rozwiązaniem był by tu filtr medianowy, który skutecznie wyeliminował by takie odbiegające od normy próbki ale zajął by tak dużo miejsca w programie, że najprawdopodobniej wersja szkoleniowa kompilatora z ograniczeniem do 4 kB kodu wynikowego by nie wystarczyła. Postanowiono więc zwiększyć liczbę jednocześnie wykonywanych próbek ze 132 do 1188 co obejmowało nie jeden a dziewięć okresów przebiegu w układzie mocy. Zabieg taki rozwiązał problem i spowodował, że wyniki pomiarów były bardzo stabilne i dokładnie odwzorowywały mierzoną wartość. Niestety problemy z fałszywymi próbkami nie były jedynymi podczas testów przy większych mocach. Kolejny problem dotyczył zastosowanego wyświetlacza LCD, otóż gdy moc w układzie była większa niż 2 KW wyświetlacz od czasu do czasu potrafił się trwale zawiesić wyświetlając krzaki na ekranie we wszystkich wierszach i dopiero restart całego miernika przywracał normalną pracę układu.

Oklejenie całego wyświetlacza i przewodów połączeniowych warstwą folii aluminiowej i połączenie jej z masą części logicznej rozwiązało problem zawieszającego się wyświetlacza.

Rys. 34 Testowanie układu regulacji mocy i miernika, obciążenie w postaci czajnika elektrycznego.

Kolejną wadą zbudowanego układu pomiarowego jest konieczność synchronizacji go z przebiegiem w układzie mocy, zastosowanie przedstawionego wcześniej sposobu synchronizacji wymusza na układzie regulacji pozostawienie krótkich impulsów (szpilek) w skrajnych punktach sterowania tj. przy minimalnym wypełnieniu nie można całkowicie wyłączyć tranzystora i przy maksymalnym nie można go całkowicie załączyć.

Rys. 35 Minimalne wypełnienie sygnału sterującego w układzie regulacji.

Jak widać na zdjęciu powyżej przy minimalnym ustawieniu wypełnienia tranzystor załącza się na bardzo krótkie odcinki czasu dając impulsy synchronizacji dla układu pomiarowego, podobnie jest przy wypełnieniu maksymalnym. Należało by zbudować dodatkowy układ, który blokował by podawanie tak krótkich impulsów na bramkę tranzystora by niepotrzebnie nie kluczować tranzystora w tych skrajnych punktach sterowania. Innym dobrym rozwiązaniem była by także zmiana w programie polegająca na programowym wykrywaniu braku impulsów synchronizacji, był by to znak dla programu, że w układzie mocy należy mierzyć napięcie stałe. Można by to rozwiązać umieszczając w obecnie pustej pętli programu Do …Loop procedurę odczytu z przetworników A/C próbek w dużo mniejszej ilości bo w takim przypadku mieli byśmy do czynienia z napięciem i prądem stałym w układzie lub jego brakiem. W momencie gdy wypełnienie zacznie się zwiększać lub zmniejszać pojawią się impulsy synchronizacji i zacznie się wykonywać procedura "Cykl" i normalny, wcześniej opisany pomiar z uśrednianiem, w takim przypadku omijana będzie procedura w pętli Do…Loop mierząca wartości stałe. Rozwiązanie to choć bardzo dobre i czyniące miernik uniwersalnym pochłonęła by pamięć w ilości przekraczającej 4KB wersji szkoleniowej kompilatora i z tego względu nie została wykonana.

Rys. 36 Przykładowy widok ekranu miernika podczas pomiarów.

W trakcie przeprowadzanych pomiarów już w małej elektrowni wiatrowej wynikł jeszcze jeden aspekt, który mógłby być zaimplementowany w układ miernika. Chodzi tu o trwałą pamięć ilości energii wyprodukowanej przez elektrownię. Cały układ miernika jest prototypem i nie może pracować 24 godziny na dobę podczas gdy obsługa jest nieobecna np. w nocy, zachodzi wówczas konieczność wyłączenia układu a co za tym idzie skasowania wartości zmierzonej ilości energii. Wartość ilości energii ulega skasowaniu także w przypadku zawieszenia się wyświetlacza LCD, który pomimo opisanych wcześniej zabiegów podczas przepływu dużych mocy potrafi odmówić posłuszeństwa. Planowano w pracy zastosować wbudowaną w mikrokontroler ATmega8 wewnętrzną nieulotną pamięć EEPROM i do niej zapisywać sumaryczną wartość zmierzonej energii. To rozwiązanie choć nie wymagało by żadnych zmian technicznych odrzucono ze względu na ograniczoną do 100.000 liczbę możliwych operacji zapisu i odczytu. W programie należało by zapisywać do pamięci nieulotnej zmienną w której przechowywana jest wartość energii w każdym cyklu pomiarowym by zabezpieczyć się przed utratą tej wartości np. w przypadku zawieszenia się układu. Rozwiązanie takie, nawet w przypadku zastosowania mechanizmu przesuwającego co jakiś czas zmienną pod inny adres pamięci, by nie eksploatować cały czas tych samych komórek działało by najwyżej przez trzy tygodnie nieustannej pracy. Rozwiązaniem jest zastosowanie zewnętrznej pamięci ulotnej SRAM z oddzielnym podtrzymaniem bateryjnym układu. Pamięć typu SRAM charakteryzuje się bardzo dużą szybkością zapisu i odczytu oraz przede wszystkim nieograniczoną ilością operacji zapisu/odczytu. Jest to pamięć, która po zaniku zasilania traci dane z zapisanych komórek ale zastosowanie małej baterii podtrzymującej zasilanie rozwiązuje problem. Rozwiązanie takie opisałem dokładnie w projekcie Mikroprocesorowego miernika przepływu i ilości gazu w dziale Mikrokontrolery jednoukładowe.

PRZEBIEG I WYNIKI POMIARÓW.
Pomiary przeprowadzone zostały na istniejącej w Spółdzielni Inwalidów "Elektron" w Szydłowcu małej wiatrowej elektrowni z generatorem synchronicznym z magnesami trwałymi o mocy 3,2 KW. Średnica łopat silnika wiatrowego wynosi 3,2 m. Przewody połączone z zaciskami generatora wprowadzone są do pomieszczenia gdzie znajduje się boiler z grzałką o rezystancji 100 ohm i układ automatyczny, który zabezpiecza elektrownię przed zbyt silnymi wiatrami załączając najpierw rezystancyjny hamulec, który powoduje zmniejszenie prędkości obrotowej silnika wiatrowego a następnie załącza stycznik bezpośrednio przy generatorze, który zwiera uzwojenia generatora całkowicie wyhamowując obroty.

Rys. 37 Widok stanowiska badawczego w Spółdzielni "Elektron" w Szydłowcu.

W trakcie trwania jednego z pomiarów w wyjątkowo wietrzny dzień gdy prędkości wiatru sięgały chwilami nawet 15 m/s układ zabezpieczenia elektrowni załączył rezystancyjny hamulec widoczny na zdjęciu składający się z dwóch równolegle połączonych mostków prostowniczych i rezystorów mocy oraz dużego radiatora, które w tej samej chwili eksplodowały. Niestety ilość generowanej mocy była dużo większa niż były one w stanie rozproszyć. Zamiast tego układu zdecydowano się zastosować rezystory w postaci grzałek, im nagłe dawki dużej mocy nie były w stanie zaszkodzić a skutecznie zwalniały obroty turbiny zanim załączony został stycznik zwierający trwale zaciski generatora.

Rys. 38 Grzałki hamujące obroty generatora po przekroczeniu dopuszczalnej prędkości.