Úloha č. 9: Meranie jalového výkonu v 3-fázovom obvode Zadanie: ) Zmerajte jalový výkon impedančnej záťaže v 3-fázovom striedavom obvode metódou W-metra. 2) Zmerajte parametre obvodu s -fázovou impedančnou záťažou pomocou výkonového analyzátora. Rozbor úlohy: Meranie jalového výkonu je meranie energie, ktorá nevykonáva prácu, ale ktorá v obvodoch prúdi medzi jalovými zložkami obvodu. U niektorých zariadení potrebujeme poznať okrem činného výkonu aj výkon jalový. Pri väčšine prevádzkových a laboratórnych meraní postačuje jalový výkon vypočítať. Pre výpočet výkonov elektrického prúdu platia vzťahy: výkon jednosmerného prúdu P-UI, činný výkon jednofázového striedavého prúdu P=UIcosφ, jalový výkon jednofázového striedavého prúdu Q=UIsinφ, zdanlivý výkon jednofázového striedavého prúdu S=UI. Na meranie jalového výkonu, je potrebné zapojiť do obvodu medzi zdroj a záťaž merací prístroj na meranie jalového výkonu a V-meter a A-meter. Tieto prístroje sú v obvode kvôli nastavení správneho napäťového a prúdového rozsahu W- metra a súčasne na výpočet všetkých druhov výkonov. V striedavých obvodoch je potrebné použiť zapojenia meriaceho prístroja druhu výkonu a V-meter a A-meter. Hodnoty výkonov z nameraných výsledkov vypočítame. Na meranie činného a jalového výkonu je možné použiť merač výkonu a zdanlivý výkon vypočítame z nameraných hodnôt V-metra a A-metra. Pre -fázovú sústavu je možné zmerať výkonové pomery pomocou W-metra, V-metra a A-metra. Táto metóda umožňuje zmerať a vypočítať základné pomery v obvode s touto záťažou. Je potrebné zabezpečiť podmienku súmernosti tejto záťaže, pretože pre nesúmernú záťaž sú výsledky neakceptovateľné (v prípadwe meranie v 3fsústave). Niekedy je ale potrebné zmerať priamo jalový výkon Q. Ak sú k dispozícii potrebné meracie prístroje, je možné zapojiť pre súmerné záťaže tieto pomerne bežné meracie prístroje do priamomeriacej sústavy. Vzhľadom k skutočnosti, že meranie jalového výkonu induktívneho alebo kapacitného charakteru, sú v schémach drobné zmeny. Zapojenie W-metra je možné dvomi spôsobmi. Platí pravidlo, že na meranie kapacitného jalového výkonu Q C sa zapojuje vstup napäťovej cievky W-metra na fázu predchádzajúcu a koniec na fázu nasledujúcu. Na meranie induktívneho jalového výkonu Q L sa zapojuje vstup napäťovej cievky W-metra na fázu nasledujúcu a koniec na fázu predchádzajúcu. V opačnom prípade by išla výchylka ručičky W-metra mimo stupnicu.
Meranie výkonových pomerov v -fázovom obvode je možné vykonať aj pomocou novších prístrojov, ktoré pracujú na základných princípoch merania, ale postupnosť merania je zmenená a riadená zvyčajne procesorom. Je potrebné tento merací analyzátor vložiť medzi napájací zdroj a obecnú impedančnú záťaž. Po zapnutí napájania a automatickom vykonaní radu definovaných krokov sú namerané hodnoty vyhodnotené a tiež programovo spracované. Výsledkom je zobrazenie týchto výsledkov na displeji. Meranie pomocou výkonového analyzátoru je veľmi rýchle, snadné a pre potreby výskumu praktické. Avšak obsluha musí poznať základné princípy merania, inak môže dôjsť k chyba a prípadnému zničení prístroja. Cieľ merania: Cieľom zadanej úlohy je odskúšať si meranie jalového výkonu, výpočet zdanlivého výkonu a vyhodnotenie činného výkonu pri meraní metódou jedného W- metra a pripojených A-metra a V-metra. Literatúra: ) Kol.: Elektrotechnická měření. BEN technická literatúra, Praha 2002. 2) Eichler, J.: Elektronická měření. SNTL, Praha 977. Postup merania: Meranie jalovej energie kapacitnej záťaže Q C Zapojte pracovisko podľa schémy. Na meranie kapacitného jalového výkonu Q C sa zapojuje vstup napäťovej cievky W-metra na fázu predchádzajúcu a koniec na fázu nasledujúcu. Pre potreby merania zapojte ako prvú záťaž čisto ohmického charakteru (Z R,) so žiarovkami. 2
Najskôr zapojte prúdový okruh: zdroj záťaž zdroj, potom zapojte napäťové okruhy a meracie prístroje. Pred zapnutím nastavte rozsah A-metra na maximum, rozsah V-metra na hodnotu minimálne 400V~ a u W-metra napäťový rozsah na hodnotu minimálne 400V a prúdový rozsah na maximum. Zapojenie si nechajte prekontrolovať! Zapnite napájanie obvodu. Ak je potrebné zmeniť rozsah meracieho prístroja, vypnite napájanie, zmeňte rozsah a opäť zapnite napájanie obvodu. Skontrolujte a vyhodnoťte súmernosť záťaže podľa údajov A-metrov. Namerané hodnoty meracích prístrojov zapíšte do tabuľky. Korekciu na vlastnú spotrebu W-metra a V-metra zanedbajte. Obvod vypnite, zmeňte záťaž a meranie opakujte pre f kapacitnú záťaž (Z RC ). Skontrolujte a vyhodnoťte súmernosť záťaže podľa údajov A-metrov. Namerané hodnoty meracích prístrojov zapíšte do tabuľky. Korekciu na vlastnú spotrebu W-metra a V-metra zanedbajte. Meranie jalovej energie induktívnej záťaže Q L Zapojte pracovisko podľa schémy. Na meranie induktívneho jalového výkonu Q L sa zapojuje vstup napäťovej cievky W-metra na fázu nasledujúcu a koniec na fázu predchádzajúcu. Pre potreby merania zapojte ako prvú záťaž čisto ohmického charakteru (Z R,) so žiarovkami. 3
Najskôr zapojte prúdový okruh: zdroj záťaž zdroj, potom zapojte napäťové okruhy a meracie prístroje. Pred zapnutím nastavte rozsah A-metra na maximum, rozsah V-metra na hodnotu minimálne 400V~ a u W-metra napäťový rozsah na hodnotu minimálne 400V a prúdový rozsah na maximum. Zapojenie si nechajte prekontrolovať! Zapnite napájanie obvodu. Ak je potrebné zmeniť rozsah meracieho prístroja, vypnite napájanie, zmeňte rozsah a opäť zapnite napájanie obvodu. Skontrolujte a vyhodnoťte súmernosť záťaže podľa údajov A-metrov. Namerané hodnoty meracích prístrojov zapíšte do tabuľky. Korekciu na vlastnú spotrebu W-metra a V-metra zanedbajte. Obvod vypnite, zmeňte záťaž a meranie opakujte pre f kapacitnú záťaž (Z RC ). Skontrolujte a vyhodnoťte súmernosť záťaže podľa údajov A-metrov. Namerané hodnoty meracích prístrojov zapíšte do tabuľky. Korekciu na vlastnú spotrebu W-metra a V-metra zanedbajte. 4
Charakter I I 2 I 3 Q U S sinφ φ cosφ záťaže [A] [A] [A] [VAr] [V] [VA] [-] [-] [-] Z RRR Z RCRCRC Z RCRR Z RRCR Z RRR Z RLRLRL Z RLRR Z RRLR P P C S C Q C [W] [W] [VA] [VAr] Z RRR Z RCRCRC Z RCRR Z RRCR Z RRR Z RLRLRL Z RLRR Z RRLR Z nameraných hodnôt pre všetky záťaže vypočítajte zdanlivý výkon S : Q S UI, parameter sinφ : sin, fázový posun φ : arcsin, účinník S cosφ, činný výkon P : P S cos, celkový výkon P C : P C 3P, celkový výkon S C : S C 3S, celkový výkon Q C : Q C 3Q. Vypočítané hodnoty zapíšte do tabuľky. Meranie parametrov obvodu s -fázovou impedančnou záťažou pomocou výkonového analyzátora Zapojte pracovisko podľa schémy. Pre potreby merania zapojte ako prvú záťaž čisto ohmického charakteru (Z R,) so žiarovkami. 5
Najskôr zapojte prúdový okruh: zdroj výkonový analyzátor zdroj, potom zapojte okruh: výkonový analyzátor záťaž výkonový analyzátor. Zapojenie si nechajte prekontrolovať! Pred zapnutím obvodu zapnite a nastavte výkonový analyzátor. Zapnite napájanie POWER a nechajte, až hodnoty na displeji klesnú na 0. Stlačte tlačidlo na nastavenie režimu činnosti V/A/WATT (~). Uvolnite tlačidlo CURRENT IN do polohy DIRECT. Bez pripojeného vstupu!! vynulovať analyzátor stlačiť WATT ZERO až sa vynuluje. Zapnúť obvod a merať výkon činný P [W]. Na zmenu merania činného výkonu P [W] na meranie zdanliného výkonu S [VA], potom na meranie spotrebovanej energie W [Wh] a opäť činného výkonu P [W] a tak stále dokola opätovne stlačiť tlačidlo WATT/VA/Whr. Ak chceme zmeniť meranie účinníku cosφ na meranie frekvencie f je potrebné stlačiť tlačidlo cose(pf) / Hz. Namerané hodnoty meracích prístrojov zapíšte do tabuľky. Charakter U I P S f cosφ φ záťaže [V] [A] [W] [VA] [Hz] [-] [ ] Z R Z RC-PAR Z RL-PAR Z RC-SER Z RL-SER sinφ Q W [-] [VAr] [kwh] Z R Z RC-PAR 6
Z RL-PAR Z RC-SER Z RL-SER Z nameraných hodnôt vypočítajte jalový výkon Q : posun φ : arccos, W P. t pre t hod. Q S 2 P 2, fázový Meranie parametrov obvodu s -fázovou impedančnou záťažou pomocou analyzátora Energy monitor 3000 Zapojte pracovisko podľa schémy. Prístroj zapojte do sieťovej zásuvky. Prístroj sa zapne a začne merať hodnoty napájania bez záťaže. Prístroj zapojíte pomocou redukcie, ktorú treba dokúpiť, umožňujúcu zapojiť nemecký typ zásuvky bez ochranného kolíku do slovenského typu s ochranným kolíkom. Do čelnej zásuvky pripojte záťaž. Použite opäť vidlicu nemeckej normy, prípadne euro vidlice, ktoré majú na bokoch výstupky. Bežnú guľatú vidlicu do prístroja nezapojíte. Zapojenie si nechajte prekontrolovať! Pre potreby merania zapojte ako prvú záťaž čisto ohmického charakteru (Z R,) so žiarovkou. Tlačidlom MODE prepínate stránky s údajmi, stále dokola. Potrebné sú stránka a 2, zvyšné stránky 3, 4 a 5 obsahuje možné zobrazenie s nastavenými tarifami, kedy sa spotreba môže vyčísliť pomocou finančnej hodnoty. Tarify nie sú nastavené. Namerané hodnoty meracích prístrojov zapíšte do tabuľky. 7
Odpojte záťaž z prístroja vybraním vidlice z čelnej zásuvky, pri čom prístroj bude stále zapnutý a ukazovať sieťové hodnoty. Zmeňte charakter záťaže na typ RL. Pripojte záťaž do zásuvky prístroja. Odčítajte požadované hodnoty. Namerané hodnoty meracích prístrojov zapíšte do tabuľky. Meranie opakujte pre zvyšné typy záťaže. Charakter U I P S f cosφ φ záťaže [V] [A] [W] [VA] [Hz] [-] [ ] Z R Z RC-PAR Z RL-PAR Z RC-SER Z RL-SER sinφ Q W [-] [VAr] [kwh] Z R Z RC-PAR Z RL-PAR Z RC-SER Z RL-SER V závere vyjadrite porovnanie nameraných a vypočítaných hodnôt. Porovnajte vplyv metódy na súmernosť alebo nesúmernosť záťaže. Tiež vyjadrite výhody a nevýhody použitia výkonového analyzátora v praxi. Zhodnoťte možnosti použitia sieťového analyzátora Energy monitor 3000 pre bežné meranie v domácnosti. Protokol Protokol spracujte so všetkými časťami. Protokol musí obsahovať: Titulný list: Je možné použiť pripravený formát, ktorý aktualizujte. Okrem mena, skupiny, dátumu aktualizujte číslo a názov úlohy! Zadanie. Rozbor úlohy. Postup merania, schémy zapojenia. Použité prístroje: vhodná je tabuľka. Prístroj musí mať napísané všetky technické údaje: Názov prístroja, typ, výrobné číslo (nie evidenčné čísla!), u analógových prístrojov všetky značky, určujúce vlastnosti prístroja (uvedené na stupnici prístroja). Podmienky merania. Vzorový výpočet. Tabuľky nameraných a vypočítaných hodnôt. Tabuľky sa musia vojsť do rozmeru poľa stránky, nesmú presahovať tieto hranice a tiež nesmú byť seknuté po stranách ani na konci. 8
Grafy musia mať všetky popisné náležitosti: Názov grafu, stupnicu nezávislej premennej aj s popisom a rozmerom jednotiek (spravidla horizontálne), stupnicu závislých premenných aj s popisom a rozmerom jednotiek (spravidla vertikálne), legendu. Vyhotovenie musí byť jednoznačné. V prípade potreby znázornenia riešenia témy protokolu môžu byť vložené rôzne typy obrázkov, vytvorené v rôznych grafických editoroch. Do protokolu môžu byť priložené fotografické snímky, ktoré dopĺňajú obsah protokolu. Záver. Je to posledná časť protokolu, treba ju umiestniť na koniec protokolu! V závere vyhodnotiť to, čo sa požaduje v zadaní. Nepísať iné poznámky od veci. Záver napísať ručme, paličkovým technickým písmom. K protokolu je potrebné priložiť parafovaný merací list s poznámkami z vlastného merania. Každý! Pre merací list nie sú stanovené formálne požiadavky. Je potrebné, aby obsahoval všetky údaje, potrebné na spracovanie protokolu. Protokol je vaša vizitka! V protokole sa neškrtá!! V prípade takýchto omylov treba prerobiť stránku. Rukou písaný text sa píše paličkovým, technickým písmom. Text musí byť zarovnaný v rozsahu plochy stránky a musí rešpektovať okraje z dôvodu prípadného zviazania protokolu. Zvýrazňovanie formou tučného písma, kurzívy, podtrhnutého textu apod. len v minimálnej miere. Protokol vrátanie meracieho listu spojiť kancelárskou sponkou, prípadne zošívačkou. V prípade umastenia protokolu, alebo jeho poliatia čímkoľvek je potrebné protokol prerobiť! Protokol pokrčený z ruksaku alebo s pokrkvanými okrajmi, je potrebné prerobiť! Protokol je potrebné odovzdať v stanovenom termíne. V prípade chýb môže byť protokol vrátený na dopracovanie. Protokol je odovzdaný, až keď je prijatý a oznámkovaný. Neskoré odovzdanie sa prejaví na hodnotení protokolu. 9