LABO Elektriciteit OPGAVE: De éénfasige kwh-meter Datum van opgave:.../.../ Datum van afgifte: Verslag nr. : 3 Leerling: Assistenten: Klas: 3.1 EIT.../.../... Evaluatie :.../10 Theorie :.../10 Meetopstelling :.../10 Berekeningen :.../9.../10 Meetresultaten :.../9.../10 Grafieken :.../... Oefeningen :.../... Besluiten :.../20 School: KTA Ieper Sub Totaal :.../70 Totaal :.../20 Remediering:
Theorie Proef 3 De éénfasige kwh-meter Samenvatten 3.1 Theorie 3.1.1 De draaiveldmeter met bewegende trommel Fig. 1 geeft het principe van deze meter weer. Men heeft eerst een gelamelleerde ring R met aan de binnenzijde 4 poolkernen die elk van een wikkeling voorzien zijn. Elke 2, diametraal tegenover elkaar gelegen wikkelingen worden in serie geschakeld en zodanig, dat bij stroomdoorgang, per spoel-groep, tegengestelde polen gevormd worden. Binnen de polen is een gelamelleerde ijzeren cilinder C vast en gecentreerd aangebracht, zodat in de gevormde luchtspleet een homogeen wisselveld kan ontstaan. In de luchtspleet tussen de polen en de cilnder is een aluminium trommel T waaraan ook de wijzer is verbonden, draaibaar opgesteld. Er wordt gezorgd dat de stromen I 1 en I 2 tegenover elkaar 90 in fase verschoven zijn. Op fig 2 is het sinusoïdaal verloop van de stromen I 1 en I 2 weergegeven. Tijdstip a : de stroom I 1 max + en I 2 = 0, stroom in de spoelen S 1 en S 3 max. We nemen aan dat de stroom van A naar B gericht is. Poolkern 1 = max. noord Poolkern 3 = max. zuid Poolkern 2 en 4 = magnetische kracht nul (er vloeit geen stroom) Tijdstip b: de stroom I 1 = 0 en I 2 max + We nemen aan dat de stroom van C naar D gericht is. Poolkern 2 = max. noord Poolkern 4 = max. zuid Poolkern 1 en 3 = magnetische kracht nul (er vloeit geen stroom) Tijdstip c : de stroom I 1 max - en I 2 = 0, stroom in de spoelen S 1 en S 3 max. We nemen aan dat de stroom van A naar B gericht is. Poolkern 1 = max. zuid Poolkern 3 = max. noord Poolkern 2 en 4 = magnetische kracht nul (er vloeit geen stroom) Tijdstip d: de stroom I 1 = 0 en I 2 max - We nemen aan dat de stroom van C naar D gericht is. Poolkern 2 = max. zuid Poolkern 4 = max. noord Poolkern 1 en 3 = magnetische kracht nul (er vloeit geen stroom) Ten gevolge van deze stromen krijgt men een draaiveld. In de aluminium trommel ontstaan er wervel en foucaultstromen, die tegenwerkend zijn aan de oorzaak van hun ontstaan. Op de trommel werk dus een koppel in de zin van het draaiveld en de trommel krijgt een uitwijking, die tegengewerkt wordt door 2 spiraalveren. 3.1.2 De draaiveldmeter met bewegende schijf Hier is het bewegend systeem een aluminium schijf in plaats van een trommel. 3 3 Eénfasige kwh-meter 3.1EIT pagina 2
Theorie 3.1.3 De inductiemeter Constructie kunnen bespreken De inductieteller, die algemeen als arbeidmeter voor wisselstroom wordt gebouwd, is een draaiveldmeter waarvan het bewegende deel de vorm heeft van een schijf. Het draaiveld wordt op volgende wijze verkregen: twee elektrische kringen (spannings- en stroomkring) voeren een stroom die een faseverschuiving tegenover elkaar hebben. Het tegenkoppel wordt door de schijf, welke vrij in het draaiveld beweegt, gevormd. De algemene bouw wordt voorgesteld in fig. 3. De schijf is draaibaar opgesteld tussen 2 gelamelleerde kernen. a. Een tweebenige kern K I waarop een wikkeling met weinig windingen dikke draad is aangebracht, die door de stroom doorlopen wordt. b. Een driebenige kern K E waarop een wikkeling met veel windingen dunne draad wordt aangebracht en die aan de spanning wordt aangesloten. De schijf draait eveneens in het veld van een permanente magneet M die het remmend koppel vormt, omdat tijdens het bewegen opnieuw de bekende wervel- of foucaulstromen ontstaan. Opnieuw wordt de beweging van de schijf via worm en wormwiel W op het telwerk overgebracht. Opmerking - Er zijn nog andere uitvoeringen, bijv. met de beide kernen aan één kant van de schijf; de werking blijft echter dezelfde. 3 3 Eénfasige kwh-meter 3.1EIT pagina 3
Theorie 3.1.4 Correcties Kunnen opsommen Fig. 4 Bovengenoemd systeem voor het meten van energie vereist een aantal correcties, om de meting voldoende nauwkeurig te krijgen. a) De wrijving van het bewegende systeem dus van de schijf en het telwerk is ontoelaatbaar groot. Men heeft niet zoals bijvoorbeeld bij draaispoelmeters het bewegend systeem verfijnd met goede lagering of spanband maar men heeft een extra moment toegevoegd dat de wrijving zo goed mogelijk opheft. Men bereikt dit door vlak bij de schijf in de spanningsflux een koperen plaatje op te stellen (fig. 4). Hierin ontstaan wervelstromen en een flux, die 90 naijlt t.o.v. u en zich hiermede samenvoegt tot een flux ' u die naijlt t.o.v. u. Deze nalijlende flux ' u en de hoofdflux geven in de schijf een moment u ' u sin δ als δ de hoek is tussen u en ' u. Dit moment kan men variëren door het plaatje van plaats te veranderen. b) Het is mogelijk dat het moment u ' u sin δ groter wordt dan de wrijving, want deze laatste is niet constant. Het gevolg is dat de schijf blijft draaien zonder dat energie wordt afgenomen. Daarom wordt een stukje magnetisch materiaal op de schijf aangebracht. Dit stukje ijzer wordt door de remmagneet aangetrokken en zal beletten dat de schijf gaat draaien als het moment te klein is. Wordt het moment groter dan een bepaalde waarde (door een zeker verbruik) dan zal de schijf gaan bewegen. Gemiddeld over de tijd zal de bijdrage nul zijn door het moment van het stukje ijzer omdat het zowel positief als negatief is tijdens een rondgang. c) De temperatuur heeft ook invloed op de uitslag. Hiervoor plaatst men een stukje magnetisch materiaal in het magnetisch circuit dat ook temperatuurafhankelijk is maar tegengesteld aan de temperatuurcoëfficiënt van de rest van de schakeling. 3 3 Eénfasige kwh-meter 3.1EIT pagina 4
Theorie 3.2 Schakeling van de éénfasige arbeidsmeter Kunnen tekenen (volgens de normen) R belasting Fig. 5 De schakeling van de kwh-meter is volledig te vergelijken met deze van de wattmeter. De klemmenvolgorde wordt genormaliseerd volgens fig. 5 waarin eveneens de aansluiting te zien is. Het net wordt aangesloten tussen de 1 e en 3 e klem, terwijl de verbruikers tussen de 2 e en 4 e klem worden geschakeld. Door het verwisselen van deze aansluitingen zal de stroomrichting alleen in de stroomspoel veranderen, waardoor de meter verkeerd zal draaien. Het voordeel van de twee doorverbonden klemmen 3 en 4 ligt hierin, dat er in dit geval geen aftakking voor de spanninspoel buiten de meter dient gemaakt te worden. 3.2.1 Gebruik van een kwh-meter als Wattmeter Mits rekening te houden met de tijd kan men zeer gemakkelijk met een kwh-meter het gemiddelde vermogen van een bepaalde verbruiker bepalen. Voorbeeld van berekening Gegevens van de gebruikte kwh-meter : 4000 toeren = 1 kwh. Bij het inschakelen van een te onderzoeken verbruiker constateert men 10 toeren in een tijd van bijv. 40 s. 3 600 000 10 10 toeren = Ws 4000 1kWh = 3 600 000 Ws bijgevolg, is het vermogen of het verbruik per s : 3 600 000 10 P = = 225W 4000 40 Algemene formule : 3600000 n Pwatt = C t t Formule + uitleg kennen n = aantal toeren voor een tijd t C t = meterconstante, of aantal toeren van de schijf voor 1 kwh t = tijd in s voor n toeren van de schijf 3 3 Eénfasige kwh-meter 3.1EIT pagina 5
Uitvoering 3.3 Benodigdheden (tabel 3.1) Benaming Universeelmeter (Spanning, weerstand) Merk: Toestellen Kenmerken Type: RSG: Belasting Cetel eenfasig Type: RSG: 1 chronometer of uurwerk Merk: Type: RSG: 1 kwh-meter ELWE Type: RSG: Diversen Meetsnoeren Tabel 3.1 (dit heb je nodig voor je meetopstelling) Teken hieronder de meetopstelling (bedradingsschema). Vergeet de V-meter niet over de belasting te tekenen. Teken de kwh-meter volgens de normen en noteer in de meter de aansluitklemmen met nummering. Let op: noteer in het schema bij al de gebruikte toestellen het merk, het type en het RSG-nummer (doe je dit niet worden je punten gehalveerd). 3 3 Eénfasige kwh-meter 3.1EIT pagina 6
Uitvoering 3.4 Metingen a) Maak deze meetopstelling zonder de voedingsspanning in te schakelen. Gebruik gekleurde snoeren (kleur volgens afspraak; zie labo reglement). Vergeet V-meter (minimum meetbereik 700Vac) niet te plaatsen. b) Roep nu de leraar om de meetopstelling te controleren. Wie meet zonder dat zijn meetopstelling gecontroleerd is, draait op voor eventuele schade aan de meetapparatuur en krijgt GEEN punten voor zijn verslag! c) Leg spanning aan en laat de draaischijf roteren totdat het driehoekje juist in het midden staat. Leg dan de spanning af. Noteer nu de beginstand van het telwerk. d) Leg terug de spanning aan en start de chronometer. Meet gedurende 5 minuten de actieve arbeid van de ohmse éénfasenbelasting. Tel het aantal omwentelingen van de draaischijf. Laat na 5 minuten de draaischijf roteren totdat het driehoekje terug in het midden staat. Leg nu de spanning af en stop gelijktijdig de chronometer. e) Noteer de eindstand van het telwerk. f) Noteer de exacte tijd. min.. s en reken de om naar s s Gemeten arbeid op het telwerk Gemeten arbeid met de draaischijf (1) eindstand = kwh (1) aantal omw. = omw. 1kWh = omw. (2) beginstand = kwh (2) 1 omw. = kwh ---------------------------------------------------- ---------------------------------------------------- (1) - (2) = kwh (1) (2) = kwh de actieve arbeid de actieve arbeid = kwh = kwh Er kan een afwijking zijn tussen de meting met het telwerk en de meting met de draaischijf. In dit geval is de meting met de draaischijf de nauwkeurigste. g) Leg de spanning terug aan en meet de spanning met een V-meter over de belasting,,,,,,,,,,,v h) Schakel de voeding af en koppel de belasting af. Meet met behulp van een ohm-meter de weerstand van de belasting,,,,,,,,,,,,ω (dit alles heb je nodig voor 3.5). 3 3 Eénfasige kwh-meter 3.1EIT pagina 7
Uitvoering 3.5 Berekeningen a) Bereken uit de nauwkeurigste actieve arbeid het gemiddeld vermogen van de verbruiker. b) Bereken het vermogen uitgaande van de gemeten spanning en de ohmse waarde. 3 3 Eénfasige kwh-meter 3.1EIT pagina 8
Besluit 3.6 Besluit 1) Welke meting met de kwh-meter (telwerk of draaischijf) is bij u de meest juiste methode? 2) Vergelijk ook de 2 berekende waarden van het vermogen. Algemeen besluit 3 3 Eénfasige kwh-meter 3.1EIT pagina 9