Meetverslag Opdracht meetpracticum verbreding Elektrotechniek 2012-2013 WINDESHEIM Auteur: Martin van der Kevie & Marten Jongsma s1030766 & s1029432 PTH Werktuigbouwkunde/Mechanische techniek Martin van der Kevie & Marten Jongsma pag. 1
Titel: Opdracht meetpracticum verbreding Elektrotechniek 2012-2013 Onderdeel: Verbreding Elektrotechniek Leerjaar: 4 Periode: 3 Begeleidende docent: Bram Clashen Opleiding: PTH-Mechanische techniek aan het Windesheim Datum Voltooiing: 6-03-2013 Gemaakt door: Studentnummer: Adres: Martin van der Kevie & Marten Jongsma S1030766 & S1029432 Spoelstraat 37A Zerboltstraat 2-1 Zwolle Telefoonnummer: 0629271740 0622012722 E-mail: martin_kevie@hotmail.com martenjongsma@live.nl Martin van der Kevie & Marten Jongsma pag. 2
Voorwoord Dit meetverslag bevat een aantal opdrachten die zijn uitgevoerd tijdens het meetpracticum. Tijdens deze opdrachten moesten verschillende experimenten worden uitgevoerd. Deze zijn bedacht, ontworpen en uitgevoerd. Beschrijving van de resultaten en de ontwerpen staat in de hoofdstukken. Deze opdrachten zijn gemaakt door Martin van der Kevie en Marten Jongsma. Beide studenten aan de voltijd opleiding van de pedagogische technische hogeschool (PTH). De opdrachten zijn uitgevoerd in het meetpracticum van het Windesheim. Martin van der Kevie & Marten Jongsma Zwolle, januari 2012 Martin van der Kevie & Marten Jongsma pag. 3
Inhoudsopgave Voorwoord... 3 Inleiding... 6 Meetopdracht 1 Oscilloscoop en een functiegenerator... 7 Ontwerp... 7 Materialenlijst... 7 Berekening... 7 Tabel, grafiek of Foto... 8 Conclusie en een korte verklaring van het experiment... 9 Figuur 1... 9 Figuur 2... 10 Figuur 3... 10 Meetopdracht 2 Belastingweerstand op gelijkspanning... 10 Ontwerp... 10 Materialenlijst... 10 Berekening... 11 Tabel, grafiek of Foto... 11 Conclusie en een korte verklaring van het experiment... 12 Meetopdracht 3 Belastingweerstand... 12 Ontwerp... 13 Materialenlijst... 13 Berekening... 13 Tabel, grafiek of Foto... 13 Conclusie en een korte verklaring van het experiment... 14 Meetopdracht 4 Enkelzijdige gelijkrichter... 14 Ontwerp... 14 Materialenlijst... 14 Tabel, grafiek of Foto... 15 Conclusie en een korte verklaring van het experiment... 15 Meetopdracht 5... 16 Ontwerp... 16 Materialenlijst... 16 Tabel, grafiek of Foto... 17 Martin van der Kevie & Marten Jongsma pag. 4
Conclusie en een korte verklaring van het experiment... 17 Meetopdracht 6... 18 Meetopdracht 7... 18 Ontwerp... 18 Materialenlijst... 19 Berekening... 19 Tabel, grafiek of Foto... 20 Conclusie en een korte verklaring van het experiment... 21 Meetopdracht 8... 22 Ontwerp... 22 Materialenlijst... 22 Berekening... 23 Tabel, grafiek of Foto... 23 Conclusie en een korte verklaring van het experiment... 24 Martin van der Kevie & Marten Jongsma pag. 5
Inleiding Deze meetopdracht is bestemd voor Bram Clashen die de verbreding Elektrotechniek beoordeeld. Bram begeleidt de uren van de Verbreding en dus ook tijdens de opdrachten. Meetopdracht Een meetopdracht is een opdracht ter afronding van een fase binnen de verbreding Elektrotechniek. Hierin wordt de inhoud van een module uit een fase geïntegreerd. Er is gewerkt aan de meetopdracht aan de hand van het dictaat Opdracht Meetpracticum verbreding Elektrotechniek 2012-2013. Hierin zijn de eisen van deze opdracht opgesteld. De Meet opdracht is als volgt opgebouwd. De hoofdstukken hebben de benaming van de opdrachten uit het dictaat. Binnen elk hoofdstuk zijn de volgende elementen beschreven: De opdracht Ontwerp Berekeningen Tabel, grafiek of Foto Conclusie en een korte verklaring van het experiment Martin van der Kevie & Marten Jongsma pag. 6
Meetopdracht 1 Oscilloscoop en een functiegenerator Binnen deze opdracht wordt er onderzocht wat er mogelijk is met een oscilloscoop. Er zullen drie verschillende mogelijkheden worden geregistreerd. Hierbij zullen verschillende amplitudes en frequenties worden gebruikt. Ontwerp Vooraf zijn we tot het volgende ontwerp gekomen. Materialenlijst Oscilloscoop (tektronix TDS 2002C) Functiegenerator (Oscillator sine-square type lfm2) Berekening Bij het maken van deze opdracht zijn geen berekeningen vooraf geweest. Martin van der Kevie & Marten Jongsma pag. 7
Tabel, grafiek of Foto Figuur 1: ingestelde waardes, 6V 20HZ. Gemeten waarde 6V 20.6HZ Figuur 2 ingestelde waarden: 12V, 30Hz. Gemeten waarde 12v, 30,4Hz. Martin van der Kevie & Marten Jongsma pag. 8
Figuur 3 Ingestelde waarde 12V, 300Hz. Gemeten waarde 12V, 307Hz. Conclusie en een korte verklaring van het experiment Er is gekozen voor drie verschillende standen. De standen zijn ingesteld op de functiegenerator. De waardes zijn vervolgens gemeten op de oscilloscoop. De gebruikte oscilloscoop heeft de mogelijkheid om digitaal aan te geven wat de waardes zijn. Vanuit de opdracht is gevraagd om dit ook te berekenen aan de hand van het scherm van de oscilloscoop. Hier voor wordt gebruik gemaakt van de volgende formule: f = 1 T Waarbij f de Frequentie is. T is de periodetijd. De periodetijd wordt afgelezen van het scherm. Het aantal hokjes vanaf het begin van de sinus tot het einde van de sinus keer de aangegeven waarde per hokje. Dit is toegepast op de foto s om de gemeten waardes te controleren en om van te leren. Figuur 1 Figuur 1 geeft als gemeten waardes de volgende weer: 6V met een bereik van 20.6Hz f = 1 T = 1 10 0.005 = 20Hz De berekening geeft weer dat het antwoord 20Hz hoort te zijn. Wanneer een tabel wordt opgesteld blijkt dat het niet 10 periodes zijn geweest maar om en nabij 9.7088. Dit is zeer lastig af te lezen. 1 0.048544 = 20.6Hz => 0.048544 = 9.7088 aantal vakjes 0.005(tijd per periode) Martin van der Kevie & Marten Jongsma pag. 9
Figuur 2 Figuur 2 geeft als gemeten waardes de volgende weer: 12V met een bereik van 30.4Hz f = 1 T = 1 6.6 0.005 = 30.30Hz Met de kennis van figuur 1 is er nauwkeuriger afgelezen. Dan is de uitslag al een stuk preciezer. Ten opzichte van figuur 1 is er een aanpassing geweest in de amplitude en de frequentie. Hierbij is er gedraaid is de knop van de amplitude veranderd en de grote draaiknop van de Frequentie. Figuur 3 Figuur 3 geeft als gemeten waardes de volgende weer: 12V met een bereik van 300.7Hz f = 1 T = 1 (6,5 0,0005) = 307.69Hz Hierbij is weer secuur afgelezen wat de aantal periodes geweest zijn. Bij deze hebben we ten opzichte van figuur 2 één verandering gemaakt. Onder de grote draaiknoppen zitten zwarte knoppen die de grote van de draaiknop weergeeft. Als de draaiknop op 3 staat en de eerste zwarte knop moet je 3Hz meten. Deze is veranderd naar 100. En dan zal je 300Hz moeten meten. Meetopdracht 2 Belastingweerstand op gelijkspanning In deze opdracht wordt een weerstand aangesloten op een gelijkspanning. Deze weerstand heeft een vastgestelde waarde. De spanning bedraagt 24V en de weerstand is 45 ohm. Opdracht: 1. Bereken: Stroom in A en vermogen in W. 2. Bouw de schakeling op na de tekening. 3. Controleer je antwoorden doormiddel van Meten. 4. Verwerk in je meetverslag en maak een conclusie. Ontwerp Materialenlijst Gelijkstroomvoeding (24V) Belastingweerstand (45 ohm) Vermogensmeter(wattmeter) Multimeter (spanning en stroom) Martin van der Kevie & Marten Jongsma pag. 10
Berekening Gegeven: R =45Ohm U= 24V Gevraagd: De stroom I in Ampère =? Oplossing: U = I R 24 = I 45 I = 24 45 = 0,5333A Gegeven: U=24V I=0,5333A Gevraagd: Het vermogen P in Watt =? Oplossing: P = U I P = 24 0,5333 P = 12,8 W Tabel, grafiek of Foto Figuur 4 Ingestelde waarde 24V, gemeten waarden 0,53A en 12,8W Martin van der Kevie & Marten Jongsma pag. 11
Figuur 5 Ingestelde waarde 24V, gemeten waarde 24V Conclusie en een korte verklaring van het experiment De gemeten waardes ten opzichte van de berekende waardes komen overeen. Deze opdracht werd vele malen verkeerd door ons uitgevoerd. De multimeter werd tijdens de opdracht tegelijkertijd gebruikt als zowel ampèremeter en Voltmeter. Na enkele pogingen kwamen we tot de uitkomst dat dit niet werkt. De reden hiervan was op dat moment voor ons niet concreet. Na het bestuderen van de meter doormiddel van de aanwezige bronnen werd het snel duidelijk. Het meten van de stroom gebeurd in serie en het meten van de spanning doe je parallel. In de praktijk betekende dat de stroom door de meter heen gemeten dient te worden. Hierdoor bleek ook al direct dat er niet gelijktijdig stroom en spanning gemeten kan worden. Toen dit duidelijk geworden was, begrepen we pas wat we aan het doen waren. Dit koste ons veel tijd om door te krijgen maar resulteerde wel dat we deze en de komende opdrachten begrijpen hoe die meters werken. Meetopdracht 3 Belastingweerstand In deze opdracht wordt een weerstand aangesloten op een wisselspanning. Deze weerstand heeft een vastgestelde waarde. De spanning bedraagt 24V en de weerstand is 45Ohm. Opdracht: Maak onderscheid tussen de verschillende soorten wisselspanning. Ueffectief Umax Wat is hun verhouding? (rekenkundig oplossen) Martin van der Kevie & Marten Jongsma pag. 12
Ontwerp Figuur 6 Wisselspanning! Ontwerp opdracht 3 Materialenlijst Wisselstroomvoeding 24V Belastingweerstand (45ohm) Oscilloscoop om de waarden zichtbaar te maken. Multimeter Berekening De verschillende soorten wisselspanningen Ueffectief = de gemeten waarde bijvoorbeeld 24 V = effectief Umax = De top van de amplitude Ueff = Umax 2 Umax = 24V 2 Umax = 33,94V Tabel, grafiek of Foto Figuur 7 van links naar rechts P-,A-,V meter en oscilloscoop, gemeten waarden 26,4V Martin van der Kevie & Marten Jongsma pag. 13
Ueff = Umax 2 Ueff = 37,4 2 Ueff = 26,45V Conclusie en een korte verklaring van het experiment Voor de uitvoer van de opdracht was het van belang het verschil tussen Umax en Ueffectief te ontdekken. Vervolgens moesten de verkregen formules uitgevoerd worden om het te kunnen bepalen wat de Umax van 24V dient te zijn. Na de opbouw van de schakeling, het meten hiervan bleek de berekening niet correct. Umax bleek uit de meting een waarde van 37,4V te hebben. Wanneer dit terug gerekend werd bleek Ueffectief een spanning van 26,45V. Na het nauwkeurig nameten hiervan bleek dit te kloppen. Meetopdracht 4 Enkelzijdige gelijkrichter Maak een enkelzijdige gelijkrichter. Dit doe je doormiddel van dioden-borden. Vervolgens meet je de spanning en de stromen. Tot slot maak je er een beeld van met de Oscilloscoop. 1. Ontwerpen 2. Berekenen 3. Opbouwen 4. Meten van Relevante spanningen, stromen en vermogens. 5. Met een oscilloscoop moet de gelijkspanning in beeld worden gebracht. 6. We meten het vermogen door de belasting. Deze waarde zijn we later weer nodig. Ontwerp Figuur 8 ontwerp van opdracht 4. Materialenlijst Diode bord van LucasNulle Belastingweerstand 45ohm Oscilloscoop Multimeter Martin van der Kevie & Marten Jongsma pag. 14
Tabel, grafiek of Foto Figuur 9 Gemeten waarden 6,65W, 0,28A en 13,5V Conclusie en een korte verklaring van het experiment We kennen twee types gelijkrichters. Een enkelzijdige zoals deze opdracht maar ook een dubbelzijdige gelijkrichter. Bij een gelijkrichter wordt van een wisselspanning een gelijkspanning gemaakt. De Sinus loopt van boven naar onder. De diode zorgt ervoor dat de Sinus onder niet loopt. Hij slaat hem over. Zie figuur 10. In figuur 9 is te zien dat de waarden door het toepassen van een enkelzijdige gelijkrichter meer dan gehalveerd zijn. Hieruit kunnen we concluderen dat bij een enkelzijdige gelijkrichter het vermogen halveerd. Figuur 10 Het beeld van een enkelzijdige gelijkrichter Martin van der Kevie & Marten Jongsma pag. 15
Figuur 11 Enkelzijdige gelijkrichter oscilloscoop Meetopdracht 5 Maak een dubbelzijdige gelijkrichter. Dit doe je doormiddel van dioden-borden. Vervolgens meet je de spanning en de stromen. Tot slot maak je er een beeld van met de Oscilloscoop. 1. Ontwerpen 2. Berekenen 3. Opbouwen 4. Meten van Relevante spanningen, stromen en vermogens. 5. Met een oscilloscoop moet de gelijkspanning in beeld worden gebracht. 6. Vergelijk het vermogen met de enkelzijdige gelijkrichter. Ontwerp Figuur 12 Dubbelzijdige gelijkrichter Materialenlijst Diode borden (4 dioden) Belastingweerstand 45ohm Oscilloscoop Multimeter Martin van der Kevie & Marten Jongsma pag. 16
Tabel, grafiek of Foto Figuur 13 dubbelzijdige gelijkrichter Conclusie en een korte verklaring van het experiment Een dubbelzijdige gelijkrichter maakt van een wisselspanning een gelijkspanning. In tegenstelling tot de enkelzijdige word de onderste amplitude omgekeerd. Deze wordt nu op de fase weer gegeven zie figuur 14. Figuur 14 Dubbelzijdige gelijkrichter Figuur 15 Dubbelzijdige gelijkrichter Martin van der Kevie & Marten Jongsma pag. 17
Meetopdracht 6 Voor deze opdracht mochten we ons beperken tot de theorie van een 3 fasen gelijkrichter. Het principe in vergelijking met de enkele en dubbele gelijkrichter is hetzelfde. Alleen er is nu een derde fase toegevoegd. Deze fase is 120 verschoven. In figuur 16 is dit duidelijk waarneembaar. In een driefasensysteem kan met behulp van 6 diodes een bruggelijkrichter gemaakt worden. Gelijkrichters (diodes) worden gebruikt om wisselspanning (AC) van het net om te zetten naar een gewenste DCspanning (gelijkspanning). Figuur 16 vergelijking van enkel naar gelijkgerichte 3 fasen Meetopdracht 7 Ontwerp drie verschillende aansluitschema s Met 1 belastingweerstand Met 2 belastingweerstand (Serie) Met 2 belastingweerstand (Parallel) De ontwerpen worden opgebouwd. Dan meet je alle relevante stromen, spanningen en vermogens van de drie schakelingen. Welke conclusies kun je trekken over serie en parallel schakelingen? Ontwerp Figuur 17 1 belastingweerstand enkel Martin van der Kevie & Marten Jongsma pag. 18
Figuur 18 2 belastingweerstanden (serie) Figuur 19 2 belastingweerstanden (parallel) Materialenlijst Belastingweerstand 45ohm 2x Oscilloscoop Multimeters Berekening Figuur 17 (1 belastingsweerstand) Gegeven: U=24V I=0,5333A Gevraagd: Het vermogen P in Watt =? Oplossing: P = U I P = 24 0,5333 P = 12,8 W Martin van der Kevie & Marten Jongsma pag. 19
Figuur 18 (serie) Gegeven: U=24V I=0,266A Gevraagd: Het vermogen P in Watt =? Oplossing: P = U I P = 24 0,266 P = 6,4 W Figuur 19 (parallel) Gegeven: U=24V I=1,07A Gevraagd: Het vermogen P in Watt =? Oplossing: P = U I P = 24 1,07 P = 25,68 W Vervangingsweerstand berekenen parallel Formule 1 Rv = 1 R1 + 1 R2 + enz. Gegeven: R= 45Ω 1 Rv = 1 45 + 1 45 Rv = 22,5Ω zie figuur 19 Tabel, grafiek of Foto Figuur 20 enkel, gemeten waarden U= 24V, I=0,533A en P= 12,8W Martin van der Kevie & Marten Jongsma pag. 20
Figuur 21 serie, gemeten waarden U= 24V, I=0,26A en P= 6W Figuur 22 parallel, gemeten waarden U= 24V, I=1,07A en P= 25,5W Conclusie en een korte verklaring van het experiment Wanneer de weerstand gelijk is kunnen we concluderen dat de stroom bij serie = 1 2 weerstand 2 I is. I en bij parallel bij gelijke In figuur 23 is de schakeling getekend met de berekende vervangingsweerstand van 22,5 Ω. In het tekenprogramma is de weerstand van 22 Ω genomen. Dit omdat het programma geen 22,5 Ω kan invoeren. Figuur 23 vervangingsweerstand Martin van der Kevie & Marten Jongsma pag. 21
Meetopdracht 8 In deze opdracht wordt een belasting (motor) aangesloten aan een ster-driehoekschakeling. Opdracht: 1. Bekijk en registreer de elektrotechnische eigenschappen van de motor 2. Bereken: welke stroom loopt er in ster en driehoek 3. Sluit de relais aan op de belasting 4. Controleer je antwoorden doormiddel van meten 5. Verwerk in je meetverslag en maak een conclusie. Ontwerp Hiervoor hebben we gebruik gemaakt van het bord in het practicum lokaal zie figuur 24 Figuur 24 materialen Materialenlijst Belasting (motor) Type Se 2662-3G, 2800 min^-1, 50Hz Oscilloscoop (tektronix TDS 2002C) Multimeter (spanning en stroom) Martin van der Kevie & Marten Jongsma pag. 22
Berekening Gegeven P=0,3 kw op 3 fasen U= 400/230 V Cos = 0,84 Gevraagd I nominaal =? Oplossing Formule Pw = U I Cos I = I = Pw U Cos = 300 230 0,84 = 1,55A Pw U Cos = 300 400 0,84 = 0,89A Tabel, grafiek of Foto Figuur 25 schakeling in ster met fase verschuiving, gemeten waarden 0,17A Figuur 26 schakeling in driehoek met fase verschuiving, gemeten waarden 0,4 A Martin van der Kevie & Marten Jongsma pag. 23
Conclusie en een korte verklaring van het experiment Wanneer wij terug kijken naar deze opdracht kunnen we het volgende concluderen. Een ster-driehoekschakeling wordt gebruikt om de aanloopstroom van draaistroom motoren te beperken. Bij grotere machines/motoren die belast worden kan de aanloopstroom een behoorlijke spanningsdaling in het net veroorzaken. De leverancier eist dan ook bepaalde voorwaarden, dat bij een voor afgesteld vermogen, de machines/motoren moeten zijn voor zien van een aanloopinrichting. Martin van der Kevie & Marten Jongsma pag. 24