OAMK TEKNIIKAN YKSIKKÖ Hannu Laakso, Pekka Rantala LABORATORIOTYÖ 03 / 2015 Kurssi: Sähkömittaustekniikka Tehon mittaus 1-vaihejärjestelmässä (AC) 0 Alkutehtävät Tarkastellaan kelaa, jonka R = 6,2 Ω ja L = 81,6 mH. Taajuus f = 50 Hz. Laske paperille ja esitä vastaukset selvästi: 1. Mikä on kelan reaktanssi X? 2. Mikä on kelan impedanssi Z? Piirrä impedanssi-kolmio, jossa näkyy, R, X, Z ja φ. 3. Kelan päihin kytketään jännite U = 30,0 V, f = 50,0 Hz. Miten iso virta kelan läpi kulkee? 4. Miten iso näennäisteho S kelaan menee? Piirrä teho-kolmio. 5. Miten iso pätöteho P kelaan menee? 6. Miten iso loisteho Q kelaan menee? 7. Mikä on kelan tehokerroin cos φ? 1 Suora menetelmä tehon mittauksessa Tehomittarina käytetään sähkömekaanista analogiamittaria. Sähkömekaanisessa W-mittarissa on kaksi käämiä, jotta saadaan mitattua sekä jännite että virta. Osoitinneula kääntyy käämien magneettikenttiin verrannollisesti. Jännitteen, virran ja tehon mittaukset suoritetaan kuvan 1 kytkennällä. Virta- ja jännitemittareiksi valitaan digitaaliset yleismittarit. mu suojaerotus L A* mu W mu V N si si V* ha A R si si ru si Kuva 1. Suora tehon mittaus Mittauskytkentä Kokoa kuvan 1 mukainen kytkentä. Siihen EI SAA kytkeä jännitettä ennen kuin opettaja on tarkastanut sen. Käytä johdinväreinä kuvaan merkittyjä värejä. Kytkennän tarkastaminen on silloin helpompaa. 2 Kutsu opettaja paikalle kun selkeästi koottu kytkentä on valmis. Ei saa olla ”risukasa”! Säädä aluksi jännite nollille ja säädettävä 160 Ω:n vastus R suunnilleen puoleen väliin. Kytke keskuksesta jännite ja säädä muuntajalla syöttöjännitteeksi U = 100 V mahdollisimman tarkasti. Säädä resistanssia R niin paljon, että virta on I = 1,50 A. Korjaa tarvittaessa jännitearvoa. Kirjaa paperille muistiin mitatut virran, jännitteen ja tehon arvot ( I, U, P ). Lue teho niin tarkasti kuin pystyt. ÄLÄ KOSKE enää vastuksen säätöön! Säädä syöttöjännite nollaan ja katkaise virrat (kytkin → "0"). Irrota vastukseen kytketyt johtimet ja mittaa vastukseen säädetty resistanssiarvo R. Ota resistanssi arvo muistiin paperille. Seuraava mittaus tehdään samalla resistanssiarvolla, joten vastuksen säätöä ei saa muuttaa! 2 Puolisuora menetelmä tehon mittauksessa Tehomittaus tehdään tässä ns. puolisuoraa menetelmää käyttäen, eli jännite mitataan suoraan, mutta virta mitataan virtamuuntajan toisiokäämin kautta. Virtamuuntajan tehtävä yleisesti on antaa pienennetty virta mittausta varten. Edellistä kytkentää siis ”mutkistetaan” hieman lisäämällä piiriin rengasvirtamuuntaja kuvan 2 mukaisesti. virtamuuntaja suojaerotus mu L mu mu V si N pu K k A* 10A l ru V* W pu pu R A si si si Kuva 2. Puolisuora (epäsuora) tehon mittaus Mittaukset tehdään samoin kuin edellä 100 V jännitteellä ja samalla R–arvolla. Mittarit ovat samat kuin edellisessä kytkennässä. Kutsu opettaja paikalle kun selkeästi koottu kytkentä on valmis. Ei saa olla ”risukasa”! Kirjaa paperille muistiin mitatut virran, jännitteen ja tehon arvot ( I, U, P ). Lopullista tulosta laskettaessa on lisäksi otettava huomioon virtamuuntajan muuntosuhde (kerroin), jolla kertomalla vasta saadaan todelliset virta- ja tehoarvot. Muuntosuhde saadaan selville muuntajan kytkentäliittimien merkintöjen perusteella. 3 3 Induktanssin (= kelan) tehon mittaus Kokoa kuvan 1 mukainen kytkentä seuraavin muutoksin: - kuormana vastuksen R tilalla on kela L - tehomittarina käytetään elektronista tehomittaria (kysy opettajalta) Sähköjä EI SAA laitta päälle. Kutsu opettaja tarkastamaan kytkentä. Kasvata jännite varovasti arvoon 30,0 V. Kirjaa paperille muistiin mittaustulokset: - virtamittarin lukema I - jännitemittarin lukema U - tehomittarin lukema P, pieni kytkin asennossa P - tehomittarin lukema Q, pieni kytkin asennossa Q Sammuta kytkennästä sähköt, mutta älä pura sitä ennen kuin opettaja on antanut luvan. 4 Mittaustulosten arviointi 4.1 Laske suoran mittauksen ”teoreettinen” teho mittaustulosten perusteella kaavalla P = I 2R. 4.2 Vertaa kohdassa 4.1 laskettua "teoreettista" tehoa tehomittarin antamaan lukemaan. 4.3 Vertaa kohdassa 4.1 laskettua tehoa kaavalla P = UI laskettuun tehoon. 4.4 Miten hyvin kohdissa 4.1…4.3. saadut tehot vastaavat toisiaan? 4.5 Laske puolisuoran mittauksen ”teoreettinen” teho mittaustulosten ja virtamuuntajan muuntosuhteen avulla kaavalla P = I 2R. 4.6 Vertaa kohdassa 4.5 laskettua "teoreettista" tehoa tehomittarin antamaan lukemaan. 4.7 Kerro kelan tehon mittauksen virta ja jännite keskenään. Mitä asiaa vastaus edustaa? 4.8 Miten hyvin kelan mitattu pätöteho P vastaa alkutehtävissä laskettua pätötehoa? 4.9 Miten hyvin kelan mitattu loisteho Q vastaa alkutehtävissä laskettua loistehoa? 4.10 Miksi vaihtosähkötehoa ei (yleensä) voi määrittää suoraan V- ja A-mittareiden lukemien tulona?