Úloha č. 8: Meranie výkonu v 3-fázovom obvode Zadanie: ) Zmerajte činný výkon impedančnej záťaže v 3f striedavom obvode metódou 3 W- metrov. 2) Zmerajte činný výkon impedančnej záťaže v 3f striedavom obvode metódou W- metra. 3) Merajte smer otáčania elektromagnetického poľa 3f sústavy. Rozbor úlohy: Meranie 3-fázového činného výkonu je meranie výkonu, ktorý vykonáva prácu. Na meranie výkonu, spotrebovaného na záťaži, je potrebné zapojiť do obvodu medzi zdroj a záťaž merací prístroj na meranie hľadaného 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. 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. V striedavých 3-fázových obvodoch je potrebné použiť zapojenia meriaceho prístroja druhu výkonu a V-meter a A-meter pre každú fázu. 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. Na výpočet 3-fázových výkonov je rad metód a im odpovedajúcim postupom výpočtu. V 3f obvode je možné merať výkon 3-Watt-metrovou metódou, ktorá je vhodná pre obidve možné typy záťaže: súmernú aj nesúmernú. Merať výkon -Wattmetrovou metódou, ktorá je vhodná len na meranie výhradne súmerného typu záťaže. Ak nie je zabezpečená súmernosť záťaže, napríklad konštrukciou (3f motor, 3f transformátor), a je zvolená nesprávna -Watt-metrová metóda, vznikajú značné chyby výsledku merania, ktorá spôsobí ich nevierohodnosť. Téma tejto úlohy merania umožní zmerať rovnaké záťaže obidvomi metódami merania a porovnanie výsledkov. V prípade, že je potrebné dodržať aj smer otáčania elektromagnetického poľa na zabezpečenie správneho otáčania 3f elektromotora, je potrebné tento smer otáčania zmerať. Cieľ merania: Cieľom zadanej úlohy je odskúšať si meranie obecnej 3f záťaže obidvomi metódami a porovnať výsledky, najmä z hľadiska vierohodnosti výsledkov merania.
Súčasne ukázať niektoré spôsoby merania smeru otáčania elektromagnetického poľa 3f sústavy. Literatúra: ) Kol.: Elektrotechnická měření. BEN technická literatúra, Praha 2002. 2) Eichler, J.: Elektronická měření. SNTL, Praha 977. Postup merania: Zapojenie 3-W-metrovej metódy Zapojte pracovisko podľa schémy. Pre potreby merania zapojte ako prvú súmernú 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 240V~ a u W-metra napäťový rozsah na hodnotu minimálne 240V a prúdový rozsah na maximum. Zapojenie si nechajte prekontrolovať! Pred zapnutím zmerajte počiatočný stav elektromera a zapíšte do tabuľky. Meranie vykonajte čo najpresnejšie, nakoľko spotreba elektrickej energie počas merania úlohy bude malá. Zapnite napájanie obvodu. Ak je potrebné zmeniť rozsah meracieho prístroja, vypnite napájanie, zmeňte rozsah a opäť zapnite napájanie obvodu. 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 súmernú 3f induktívnu záťaž (Z RL ), súmernú 3f kapacitnú záťaž (Z RC ), nesúmernú 3f induktívnu záťaž (Z RL ) a nesúmernú 3f kapacitnú záťaž (Z RC ). Namerané hodnoty meracích prístrojov zapíšte do tabuľky. Korekciu na vlastnú spotrebu W-metra a V-metra zanedbajte. Charakter I I 2 I 3 P P 2 P 3 U U 2 U 3 záťaže [A] [A] [A] [W] [W] [W] [V] [V] [V] Z 3R Z 3RL Z 3RC Z RLRR Z RCRR Z RRLR Z RRCR Charakter Q Q 2 Q 3 S S 2 S 3 P C Q C S C záťaže [VA] [VA] [VA] [VAr] [VAr] [VAr] [W] [VA] [VAr] Z 3R Z 3RL Z 3RC Z RLRR Z RCRR Z RRLR Z RRCR Charakter Fáza Fáza 2 Fáza 3 W W 2 záťaže cosφ φ cosφ φ cosφ φ Poč. Kon. [-] [ ] [-] [ ] [-] [ ] [kwh] [kwh] Z 3R - Z 3RL - Spotreba Z 3RC - W C Z RLRR - [kwh] Z RCRR Z RRLR Z RRCR 3
Z nameraných hodnôt pre všetky záťaže vypočítajte zdanlivý výkon S : P S UI, účinník cosφ : cos, fázový posun φ : arccos, jalový S výkon Q, Q S sin, celkový výkon P C : P C P P2 P3, celkový výkon S C : S C S S2 S3, celkový výkon Q C : Q C Q Q2 Q3. Vypočítané 3 hodnoty zapíšte do tabuľky. Zapojenie -W-metrovej metódy Zapojte pracovisko podľa schémy. Pre potreby merania zapojte ako prvú súmernú záťaž čisto ohmického charakteru (Z R,) so žiarovkami. 4
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 240V~ a u W-metra napäťový rozsah na hodnotu minimálne 240V 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. 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 súmernú 3f induktívnu záťaž (Z RL ), súmernú 3f kapacitnú záťaž (Z RC ), nesúmernú 3f induktívnu záťaž (Z RL ) a nesúmernú 3f kapacitnú záťaž (Z RC ). Namerané hodnoty meracích prístrojov zapíšte do tabuľky. Korekciu na vlastnú spotrebu W-metra a V-metra zanedbajte. Skontrolujte a vyhodnoťte súmernosť záťaže podľa údajov A-metrov. Charakter I I 2 I 3 P P 2 P 3 U U 2 U 3 záťaže [A] [A] [A] [W] [W] [W] [V] [V] [V] Z 3R - - - - Z 3RL - - - - Z 3RC - - - - Z RLRR - - - - Z RCRR - - - - Z RRLR - - - - Z RRCR - - - - Charakter Q Q 2 Q 3 S S 2 S 3 P C Q C S C záťaže [VA] [VA] [VA] [VAr] [VAr] [VAr] [W] [VA] [VAr] Z 3R - - - - Z 3RL - - - - Z 3RC - - - - Z RLRR - - - - Z RCRR - - - - Z RRLR - - - - Z RRCR - - - - Charakter Fáza Fáza 2 Fáza 3 Chyba záťaže cosφ φ cosφ φ cosφ φ δ [-] [ ] [-] [ ] [-] [ ] [%] Z 3R - - - - Z 3RL - - - - Z 3RC - - - - Z RLRR - - - - Z RCRR - - - - Z RRLR - - - - Z RRCR - - - - 5
Z nameraných hodnôt pre všetky záťaže vypočítajte zdanlivý výkon S, účinník cosφ, fázový posun φ, jalový výkon Q, 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. Na výpočet chyby merania -W-metrovou metódou vychádzajte z hodnôt 3- W-metrovej metódy ako správnej hodnoty. Porovnávajte vždy celkový výkon medzi výsledkami -W-metrovej metódy a 3-W-metrovej metódy pre rovnakú záťaž. Chybu výsledku merania δ vypočítajte z celkového výkonu -W-metrovej metódy P CW a z celkového výkonu 3-W-metrovej metódy P C3W : PC W 00PC W PC 3W PC 3W 00. Meranie smeru otáčania elektromagnetického poľa 3f sústavy Zapojte pracovisko podľa schémy. Použite indikátor sledu fáz typu Metra PM 454.. Ku svorkám vypnutého obvodu pripojte meracie kontakty indikátora podľa označenia: L, 2 L2, 3 L3. Zapnite napájanie obvodu a vyhodnoťte zobrazenie na indikátore. Vypnite napájanie a zameňte meracie kontakty indikátora, napríklad L2 za L3. Zapnite napájanie obvodu a vyhodnoťte zobrazenie na indikátore. Vypnite napájanie obvodu. Meranie opakujte pre iný indikátor smeru otáčania. 6
Zapojte pracovisko podľa schémy. Použite indikátor sledu fáz typu SUMMIT SPD 480. Ku svorkám vypnutého obvodu pripojte meracie kontakty indikátora podľa označenia: L(červená), 2 L2(biela), 3 L3(modrá). Zapnite napájanie obvodu a vyhodnoťte zobrazenie na indikátore. Vypnite napájanie a zameňte meracie kontakty indikátora, napríklad L2 za L3. Zapnite napájanie obvodu a vyhodnoťte zobrazenie na indikátore. Vypnite napájanie obvodu. Po vypnutí napájania obvodu a ukončení merania zmerajte konečný stav elektromera a zapíšte do tabuľky. Meranie vykonajte čo najpresnejšie, nakoľko spotreba elektrickej energie počas merania úlohy bola malá. Vypočítajte spotrebu elektrickej energie po čas merania úlohy W C : Wc W C W. 2 C V záveru porovnajte vypočítané hodnoty chyby δ [%] celkové výkony P C. Vyjadrite záver z týchto nameraných hodnôt, čiže do akej miery sú výsledky akceptovateľné pri nesprávnej voľbe metódy merania. Vyhodnoťte názornosť vyjadrenia indikátorov smeru otáčania. Protokol Protokol spracujte so všetkými časťami. Protokol musí obsahovať: 7
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. 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. 8