LABO. Elektriciteit OPGAVE: De cos phi -meter Meten van vermogen in éénfase kringen. Totaal :.../ /.../ Datum van afgifte:

Transcriptie

1 LABO Elektriciteit OPGAVE: De cos phi -meter Meten van vermogen in éénfase kringen Datum van opgave:.../.../ Datum van afgifte: Verslag nr. : 7 Leerling: Assistenten: Klas: 3.1 EIT.../.../ Evaluatie :.../10 Theorie :.../10 Meetopstelling :.../10 Berekeningen :.../40.../10 Meetresultaten :.../31.../10 Grafieken :.../60.../10 Oefeningen :.../24.../10 Besluiten :.../20 School: KTA Ieper Sub Totaal :.../90 Totaal :.../20 Remediering:

2 Theorie Proef 7 De cos phi-meter meten van vermogen in éénfase kringen Doel Symbool Deze meter heeft tot doel om een directe aanwijzing te geven van de tussen stroom en spanning optredende faseverschuiving. Gewoonlijk meet niet een aanwijzing van de fasehoek maar zijn cosinus. Deze cos ϕ kan men ook berekenen uit: cos ϕ = P = U I P S De noemer stelt het schijnbaar vermogen weer en kan in de praktijk gemeten worden door en Volt- en een Ampèremeter in de kring te plaatsen. De teller stelt het actieve vermogen weer en wordt in de praktijk door een Wattmeter gemeten. In de meeste gevallen geeft men de voorkeur aan het direct meten van de arbeidsfactor zelf. Nauwkeurigheid Er dient opgemerkt te worden dat een cos ϕ meter niet altijd een precisiemeter is. Aansluiting In de meeste gevallen worden éénfase-cosϕ-meters toegepast. Deze meters bevatten één of meer stroomspoelen en enkele spanningsspoelen (fig 1). en kunnen toepassen De cos ϕ-meter sluit men op dezelfde wijze als de Wattmeter aan: de stroomspoelen worden in de leiding in serie opgenomen, terwijl de spanningsspoelen parallel op het net geschakeld staan. Proef 7 7 De cos phi-meter 3.1EIT Pagina 2

3 Theorie Constructie Deze berust op het elektrodynamisch beginsel. Er zijn uitvoeringen, waarbij een draaibare spoel de stroom voert en twee stel vast opgestelde spanningsspoelen een rechte hoek met elkaar maken (fig. 2). Vaak ook is de stroomspoel vast opgesteld en bevindt zich daarbinnen een draaibaar anker, dat twee loodrecht op elkaar aangebrachte spanningsspoelen draagt (fig. 3 en 4). Een bijzonderheid is, dat de meter geen tegenwerkend koppel heeft, zodat het meetsysteem, als het is uitgeschakeld, geen voorkeur voor een bepaalde evenwichtsstand heeft. Evenals bij de elektrodynamische wattmeters, zijn er ook cos ϕ - meters zònder en mèt ijzeren kern. Proef 7 7 De cos phi-meter 3.1EIT Pagina 3

4 Theorie 7.1 Doel van de oefening - het actieve vermogen in eenfasekringen meten met een wattmeter; - de spanning, stroom en arbeidsfactor in een eenfasekring meten; - het actieve, reactieve, schijnbare vermogen en cos ϕ berekenen; - vermogendriehoeken voor verschillende belasting tekenen. 7.2 Schakeling en kunnen toepassen Fig. 7.1 Elektrisch schema Actief vermogen (P) Fig. 7.2 Elektronische wattmeter P = U I cos ϕ in W en kunnen toepassen en kunnen toepassen (zie verder) Reactief vermogen (Q) Q = U I sinϕ in var Schijnbaar vermogen (S) S=U I in VA Fig. 7.3 Vermogendriehoek Proef 7 7 De cos phi-meter 3.1EIT Pagina 4

5 Theorie 7.3 Meten met een wattmeter Meten van vermogen in een eenfasenet Een wattmeter bestaat uit een spannings- en stroomspoel. De stroomspoel wordt in serie geschakeld met de verbruiker, de spanningsspoel parallel op de voedingsspanning. De stroomspoel is herkenbaar aan de aanduiding I en een waarde met A achter (1 en 5 A) of k en 1 bij oudere meettoestellen. De spanningsspoel is herkenbaar aan de aanduiding U en een waarde met V achter (U en 240V). fig. 7.4 principeschema fig. 7.5 analoge wattmeter Indien geen aanduidingen terug te vinden zijn op het meettoestel of bij twijfel kan de weerstand van de stroom- en spanningsspoel gemeten worden. De stroomspoel heeft een kleine weerstand en bestaat uit dikke draad. De spanningsspoel heeft een grote weerstand, veel windingen en is vervaardigd uit dunne draad. Vaak wordt gebruik gemaakt van elektronische meters. Hier kan geen weerstandsmeting uitgevoerd worden en dien je de aanduidingen of de handleiding te volgen Aansluiten van een wattmeter Daar je enkel een juiste aanduiding verkrijgt als de zin van de stromen in de twee spoelen ten opzichte van elkaar een bepaalde richting hebben, worden de klemmen van stroom- en spanningsspoel die met elkaar verbonden moeten worden, aangeduid. Ook bij wisselstroom is dit zo. Deze klemmen noem je soms +/- of sterklemmen daar ze met +, -, * enz. aangeduid worden. Deze klemmen moeten doorverbonden worden. Van het bovenstaande kan je afwijken indien je het verbruik van de meter zelf zoveel mogelijk wil elimineren. Er kan een verschil in aanwijzing optreden als men de spanningsspoel voor (fig. 7.6) of achter (fig. 7.7) de stroomspoel aansluit. In het eerste geval meet je het vermogen van de stroomspoel mee, in het tweede dat van de spanningsspoel. Proef 7 7 De cos phi-meter 3.1EIT Pagina 5

6 Theorie fig. 7.6 principeschema fig. 7.7 principeschema Hier kan je een vergelijking maken met de volt-ampèremetermethode. Met deze methode kan men ook vermogen meten. fig. 7.8 principeschema fig. 7.9 principeschema Bepalen van het gemeten vermogen Het vermogen dat je meet met een analoge wattmeter kan niet dadelijk op de schaal worden afgelezen. De afgelezen waarde moet vermenigvuldigd worden met de wattconstante. De wattconstante, of bij andere toestellen het meetbereik, kan afgelezen worden in een tabel op het meettoestel. Indien men het meetbereik gegeven heeft, deelt men deze door de schaal. Zo bekomt men de wattconstante. Het gemeten vermogen is dan gelijk aan aflezing x wattconstante. P = aflezing x wattconstante Kunnen weergeven en toepassen wattconsta nte = meetbereik schaalverdeling Kunnen uitleggen Overbelasting van een wattmeter Bij het gebruik van een elektrodynamische wattmeter kan de meter overbelast worden zonder dat je dit merkt. Je hebt hier twee spoelen, één spanningsspoel en één stroomspoel. Indien je de spanningsspoel overbelast en een geringe stroom door de stroomspoel stuurt, zal de wijzer slechts gedeeltelijk uitwijken. Wordt er een geringe spanning gemeten en een grote stroom, dan zal de wijzer ook slechts gedeeltelijk uitwijken. Het is daarom van groot belang de stroom en spanning te kennen voor de meting. Deze overbelasting kan ook optreden bij digitale meettoestellen. Hier is eveneens voorzichtigheid geboden. Proef 7 7 De cos phi-meter 3.1EIT Pagina 6

7 Uitvoering 7.4 Benodigdheden - 1 dubbelpolige schakelaar - 2 gloeilampen 100 W 230 V - 1 condensator 4 µf 230 V AC - 1 smoorspoel TL-36 W 230 V - 1 ampèremeter AC type (analoog): Labo nr:. - 1 voltmeter AC type (digitaal): Labo nr:. - 1 wattmeter type: Labo nr:. - 1 cos (p-meter type: Labo nr:. 7.5 Berekening en uitvoering a. Bouw de onderstaande meetschakeling (zie ook fig. 7.1) op en laat ze door de leerkracht controleren voor je met de uitvoering begint. Noteer ook de Labo nr bij elk toestel op het schema. Gebruik de afgesproken kleuren. /10 Meetopstel -ling /1 Meetresultaten b. Stel het stroom- en spanningsmeetbereik van de wattmeter en de cos (P-meter in op het grootste meetbereik. c. Sluit schakelaar S1 en meet de fasespanning van het net. U F =..V d. Pas het spanningsmeetbereik van de watt- en de cos ϕ-meter aan de gemeten waarde aan. Let op! Het spanningsmeetbereik is gelijk aan of groter dan de gemeten spanning. e. Schakel de belasting in zoals gevraagd. Z1 = twee lampen van 100 W parallel geschakeld Z2 = een smoorspoel voor een TL-lamp van 36 W Z3 = een condensator van 4 µf Z4 = een smoorspoel voor een TL-lamp van 36 W parallel geschakeld met een lamp van 100 W Z5 = een condensator van 4 µf parallel met een lamp van 100 W Z6 = een smoorspoel voor een TL-lamp van 36 W, een condensator van 4 µf en een lamp van 100 W parallel geschakeld. f. Verklein het meetbereik van de ampèremeter tot je een uitwijking verkrijgt die groter is dan 2/3 van de schaal. g. Pas het stroommeetbereik van de watt- en cos ϕ-meter aan de gemeten waarde aan. Let op! Het stroommeetbereik is gelijk aan of groter dan de gemeten stroom. Proef 7 7 De cos phi-meter 3.1EIT Pagina 7

8 Uitvoering h. Meet de spanning, de stroom, het vermogen en de cos ϕ bij de verschillende belastingen. Vul de gemeten waarde in tabel 7.1 in. BELASTING tabel 7.1 AFLEZEN /30 Meetresultaten Z1 Z2 Z3 Z4 U in V I in A P in W Afgelezen waarde Watt cte Vermogen cos ϕ ind./ cap. / res. noteren (*) Z5 Z6 (*) Vul ind. in voor een inductieve keten, cap. voor een capacitieve keten en res. voor een ohmse keten (cos ϕ 1). i. Bereken met de gegevens uit de metingen van V-, A- en cos p-meter het schijnbare, reactieve en actieve vermogen en noteer je resultaten in tabel 7.2. tabel 7.2 /30 berekeningen BELASTING Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 P = U I cos ϕ in W Q = U I sin ϕ in var BEREKENEN S = U I in VA cos ϕ = S P /10 berekeningen Berekeningsvoorbeeld (1 ste rij) Nota: rond je berekeningen op evenveel cijfers af als je gemeten waarden (vb. voor P, Q en S op 0 cijfers) P = U I cos ϕ = Q = U I sin ϕ = S = U I = Cos ϕ = P gemeten... = =... S... Proef 7 7 De cos phi-meter 3.1EIT Pagina 8

9 Uitvoering /60 Grafieken j. Teken de vermogendriehoek voor elke belasting. Neem voor P, S en Q dezelfde schaal. Tip: bij een inductieve cos ϕ (zoals een spoel) is de driehoek naar boven gericht. bij een capacitieve cos ϕ (zoals een condensator) is de driehoek naar onder gericht. krijgt men nog een driehoek als de cos ϕ = 1 (P=S)? 1 cm ^ 50 VA Duid bij iedere vermogendriehoek P, Q en S aan. 1 cm ^ 50 var Wanneer een component ontbreekt duid je deze niet aan. 1 cm ^ 50 W vermogendriehoek Z1 = 2 lampen van 100 W vermogendriehoek Z2 = smoorspoel TL-36 W vermogendriehoek Z3 = 1 condensator 4 µf vermogendriehoek Z4 = smoorspoel TL-36 W / / 1 gloeilamp van 100 W vermogendriehoek vermogendriehoek Z5 = 1 condensator van 4 µf Z6 = 1 condensator van 4 µf / / gloeilamp van 100 W / / gloeilamp van 100 W / / smoorspoel TL-36 W Proef 7 7 De cos phi-meter 3.1EIT Pagina 9

10 Opgaven /1 7.6 Opgaven a. Het actieve vermogen wordt bepaald door: de ohmse component in de verbruikers de inductieve component in de verbruikers de capacitieve component in de verbruikers door alle componenten samen /3 b. Vul onderstaande tabel in. grootheid eenheid P Q S /3 /3 c. Doorstreep wat fout is. Een gloeilamp is een ohmse /i nductieve / capacitieve verbruiker. Hier heb je dan ook geen actief / reactief / schijnbaar vermogen. Het actieve vermogen = / > / < het schijnbaar vermogen. d. Hoe groot is de opgenomen stroom als we een kookplaat van 1000 W aansluit op een wisselspanning van 230 V? Hoe groot is de weerstandswaarde van de kookplaat? gegeven: U = 230 V P = 1000 W cos ϕ= 1 gevraagd: I, R =? oplossing: antwoord: e. Indien je parallel op een inductieve verbruiker een condensator aansluit zal: het reactieve vermogen verminderen het actieve vermogen verminderen het schijnbaar vermogen verminderen de arbeidsfactor verkleinen Proef 7 7 De cos phi-meter 3.1EIT Pagina 10

11 Opgaven /7 f. Vul in de volgende tabel het gemeten vermogen door de wattmeter in. Noteer indien nodig de nodige berekeningen. meetbereik in W schaalverdelingen watt-constante in W aflezing gemeten vermogen in W /3 g. Een eenfasemotor heeft een arbeidsfactor van 0,6. Hij wordt aangesloten op een spanning van 230 V en neemt een stroom van 7A op uit het net. Bepaal het actief, reactief en schijnbaar vermogen. gegeven: cos ϕ = 0,6 U = 230 V I = 7 A gevraagd: P, Q, S =? oplossing: antwoord: h. Teken van opgave g de vermogendriehoek. Tip bij een inductieve cos ϕ (zoals een motor) is de driehoek naar boven gericht. 1 cm ^ 300VA Duid op de figuur ook P, Q en S aan. 1 cm ^ 300 var 1cm ^ 300W Proef 7 7 De cos phi-meter 3.1EIT Pagina 11

12 Besluit 7.7 Besluit 1. Vergelijk de gemeten cos ϕ met de berekende cos ϕ voor iedere belasting van Z. 2. Vergelijk het gemeten vermogen met het berekend actief vermogen. 3. Wat kan men zeggen van het reactief vermogen bij Z1? Hoe komt dit? 4. Vergelijk het reactief vermogen met het actief vermogen bij Z2. Hoe komt dit? 5. Wat kan men zeggen over het actief vermogen bij Z3? Hoe komt dit? 6. Vergelijk het actief vermogen bij Z2 en Z4. Wat is de oorzaak daarvan? 7. Welke belasting is het meest inductief, capacitief? Hoe bepaal je dat? 8. Wat gebeurt er met het recatief vermogen wanneer men op de RL belasting // een condensator plaatst (vergelijk Q bij Z4 en Z6). Hoe komt dit? Algemeen besluit: Proef 7 7 De cos phi-meter 3.1EIT Pagina 12