1 / 39

SVEUČILIŠTE J. J. STROSSMAYERA OSIJEK Elektrotehnički fakultet

SVEUČILIŠTE J. J. STROSSMAYERA OSIJEK Elektrotehnički fakultet. MJERENJA U ELEKTROTEHNICI Predavač: Damir Karavidović, dipl.ing. Predavanje 9 i 10 Mjerenje električne snage. MJERENJA U ELEKTROTEHNICI Mjerenje električne snage. Temeljni pojmovi

kailey
Télécharger la présentation

SVEUČILIŠTE J. J. STROSSMAYERA OSIJEK Elektrotehnički fakultet

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. SVEUČILIŠTE J. J. STROSSMAYERA OSIJEKElektrotehnički fakultet MJERENJA U ELEKTROTEHNICI Predavač: Damir Karavidović, dipl.ing. Predavanje 9 i 10 Mjerenje električne snage

  2. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage Temeljni pojmovi • Snaga je brzina pretvorbe energije iz jednog oblika u drugi, • Električna snaga (P) je brzina pretvorbe električne energije (W) u drugu energiju (npr. toplinu), u rad (npr. el.motor) ili jedne razine napona i struje na drugu razinu (npr. transformator), • Mjerna jedinica za snagu je vat (W), a za jalovu je snagu prema propisima dopuštena i uporaba jedinice var (var) kada se naglašava da se radi o reaktivnim voltamperima (VA) Električne mreže • Istosmjerne mreže • Izmjenične jednofazne mreže • Izmjenične trofazne s ili bez neutralnog vodiča • Poteškoće kod mjerenja u istosmjernim manje su nego li kod izmjeničnih mreža, • Kod izmjeničnih mreža frekvencija je pak ta koja ponajprije određuje izbor instrumenata i mjernih postupaka, kao i činjenica da postoje fazni pomaci između napona i struje.

  3. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage 1. Mjerene veličine 1.1. Mjerenje u istosmjernim krugovima – mjerenje P Snaga se dobije umnoškom izmjerenih vrijednosti napona i struje P = U * I 1.2. Mjerenje u izmjeničnim krugovima Pojam snaga ima tri sastavnice: • prividnu (S), • djelatnu (radna) P = U * I * cos φi • jalovu (reaktivna) Q = U * I * sin φ • Mjerenje u jednofaznim krugovima - mjerenje P, Q, cos  • Mjerenje u trofaznim krugovima – mjerenje P, Q, cos , izračun trofazne snage sustava

  4. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage 2. Mjerni postupci 2.1. Mjerenje s mjernim instrumentom – zajednička obilježja • Mjerenje s analognim instrumentom, • Mjerenje s elektroničkim instrumentom 2.2. Mjerenje u jednofaznim mrežama • Mjerni postupak tri ampermetra, • Mjerni postupak s tri voltmetra, • Mjerni postupak s vatmetrom / varmetrom, • Mjerni postupak s osciloskopom, • Mosni mjerni postupak. 2.3. Mjerenje u trofaznim mrežama • Izbor mjernog postupka ovisi o građi trofazne mreže glede neutralnog vodiča • Izravni postupak mjerenja djelatne ili jalove snage s jednim ili više vatmetara / varmetara 2.4. Poluizravni i neizravni postupak mjerenja električne snage

  5. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage 2.1. Mjerenje u istosmjernim krugovima U – I mjerni postupak P = U x I = I2 R = U2 / R (W) • Snaga se može mjeriti neizravno - mjerenjem struje i napona te izračunom snage ili izravno - mjernim instrumentom za mjerenje snage (vatmetrom), a) Naponski spojb) Strujni spoj

  6. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage Mjerenje električne snage u istosmjernom krugu a) Naponski spoj P = Uv x (IA − IV) = Uv IA −Uv2 / RUV Uv2 / RUV- snaga vlastitog potroška voltmetra Za mjerenje male istosmjerne snage b) Strujni spoj P = (Uv- IA RUA) IA = Uv IA - IA 2 RUA IA 2 * RUA - snaga vlastitog potroška ampermetra Za mjerenje velike istosmjerne snage

  7. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage Točnost mjerenja s U – I mjernim postupkom • Izbor U – I mjernog postupka ovisi o poznavanju stvarne vrijednosti unutrašnjeg otpora mjernih instrumenata (najćešće je to voltmetar), • Postotna relativna sistematska pogreška: a) Naponski spoj pv= Uv * 100% / (IA - IV ) ≈ UV / (IA * RV) b) Strujni spoj pA = (IA * RA) * 100% / UT ≈ (IA * RA) / Uv

  8. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage Mjerenje instrumentom za mjerenje snage • Vatmetar je mjerni instrument koji djeluje po načelu umnoška vrijednosti dvije mjerene veličine. Svaka mjerena veličina ima svoje stezaljke za privođenje mjernom sustavu instrumenta. Analogni vatmetar M = f (X1 * X2) = f (I1 * I2)

  9. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage Mjerenje vatmetrom - elektrodinamski vatmetar • Sastoji se od nepomičnog svitka malog otpora koji se spaja u strujni mjerni krug i čija struja I1stvara magnetsko polje, te od pokretnog svitka velikog otpora koji se spaja u naponski mjerni krug. Na pokretni vodič protjecan strujom I2 djeluje sila koja stvara moment mjerene veličine, • Otklon mjernog sustava proporcionalan je mjerenoj snazi α = K * I1 * I2 = K * I1 * U / Ruv = K1 * U * I = K * P

  10. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage Mjerenje instrumentom za mjerenje snage • Mjerni sustav elektrodinamskog mjernog instrumenta za mjerenje struje spaja se u seriju, a za mjerenje napona paralelno trošilu snage ili izvoru snage. • Po jedna stezaljka strujnog i naponskog sustava spaja se u istu točku mjernog kruga.

  11. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage Mjerenje s mjernim instrumentom – snaga izvora i trošila • Spajanje naponskog kruga u odnosu na mjereni objekt - prisutnost sistematske pogreške • Popravak sistematske pogreške – korekturni nepomični svitak kojim protječe struja pomičnog svitka odnosno struja vlastite potrošnje naponske grane vatmetra

  12. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage Utjecaj vlastite potrošnje naponske grane vatmetra • Snaga izvora: Pi = Pt + PW • gdje jePW – vlastiti potrošak naponske grane vatmetra, uzrokuje sistematsku pogrešku,

  13. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage 2.2. Mjerenje u izmjeničnim krugovima • Pri promjenljivoj struji i naponu mijenja se i snaga, jer je u svakom trenutku jednaka umnošku trenutnih vrijednosti napona i struje : p (t) = u (t)  i (t) u(t) = Um sin t i(t) = Im sin (t -  ) p(t) = U I [ cos  - cos (2 t -  ) ]

  14. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage • U krugu sinusnog napona impedancija trošila ZTuzimati će od izvora prividnu snagu ST određenu efektivnom vrijednošću struje i napona na impedanciji : ST = U I = U2/Z = I2 Z(VA) • Samo dio prividne snage, djelatna snaga P, se na impedanciji trošila pretvara u drugi oblik električne snage (npr. toplinu) : PT =ST cos = U I cos  (W) • Dio prividne snage koji nazivamo jalova snaga QT stalno se njiše između izvora i trošila.Impedancija biva spremnik za električnu energiju (kondenzator) ili za magnetsku energiju (svitak) koji se periodično puni i potom prazni: QT =ST sin  = U I sin  (VAR)

  15. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage 2.2.1. Mjerenje u jednofaznim izmjeničnim krugovima • Mjerenje djelatne snage s vatmetrom • Vatmetar za izmjenične struje se u načelu jednako priključuje kao i vatmetar za istosmjerne struje. • Za mjerenje djelatne snage trošila koji imaju mali faktor snage (npr. 0,2 ili čak 0,1) koriste se vatmetri koji imaju puni otklon pri manjem faktoru snage, • Kod uporabe digitalnih vatmetara mora se voditi računa o utjecaju faktora snage na graničnu pogrešku vatmetra, • Za razliku od anolognih vatmetara kod digitalnih nije potrebno dodatno imati u mjernom krugu ampermetar i voltmetar radi nadzora vrijednost budući on automatski bira mjerno područje,

  16. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage • Mjerenje jalove snage s vatmetrom • Da bismo vatmetrom mjerili jalovu snagu u jednofaznom izmjeničnom krugu mora se struja u naponskoj grani vatmetra pomaknuti za - 90° u odnosu na istu kada mjerimo djelatnu snagu. P = U I cos ( - 90°) = U I sin  = Q • Fazni pomak se omogućuje sklopom za fazno pomicanje koji se nalazi u naponskoj grani vatmetra (Hummelov sklop). Djelovanje sklopa je frekvencijski ovisno i zato se varmetar ograničava na uporabu kod jedne frekvencije. Iz potonjeg proizlazi i pogreška koju će sadržavati rezultat mjerenja ako napon sadrži višeharmoničke članove. • Jalova snaga ima pozitivan predznak kada je induktivna a negativan ako je kapacitivno opterećenje.

  17. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage • Mjerenje jalove snage s vatmetrom P = U I cos ( - 90°) = U I sin  = Q

  18. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage Mjerenje djelatne snage u jednofaznim izmjeničnim krugovima s ampermetrima i voltmetrima • Mjerenje djelatne snage s tri ampermetra Matematičko povezivanje mjernih vrijednosti • Mjerenje djelatne snage s tri voltmetra

  19. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage • Mjerenje djelatne snage u jednofaznom izmjeničnom sustavu s tri ampermetra, • Za veću točnost mjernog postupka R ≈ ZT ;RUA <<R

  20. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage • Mjerenje djelatne snage u jednofaznom izmjeničnom sustavu s tri voltmetra • Za veću točnost mjernog postupka R ≈ ZT ; RUV > > R

  21. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage • Matematički iskaz za snagu iz mjerenih veličina a) Naponski spoj b) Strujni spoj PT =UT IT =UT (IG – IV) =UTIG – UT2 /RV PT =UT IT =IT (UG – ITRA) =UG IT – I2TRA PG=UG IG=IG (UT + IG RA)=UT IG + IG2 RA PG=UG IG=UG (IT + IV) =UGIT +UG2/RV – UT2 /RV = ispravak, potrošak V– I2TRA= ispravak,potrošak A Koji spoj izabrati ? • Treba izabrati onaj spoj kod kojeg je ispravak zbog potroška instrumenta zanemariv. Ako je ispravak neizbježan primjeniti naponski spoj jer je otpor voltmetra redovito poznat i nezavisan od temperature (redovito prisutna utjecajna veličina)

  22. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage a)Naponski spojb) Strujni spoj • Matematički iskaz za snagu iz mjerenih veličina PT= PW – UT2/RV – UT2/RN PT= PW – IT2 (RA + RS) PG= PW + IG2 (RA + RS) PG= PW + UG2/RV + UG2/RN • Vatmetar može imati više strujnih (IN) i naponskih područja (UN) te se za određivanje izmjerene vrijednosti treba odrediti konstanta vatmetra (KW) KW= UN IN / maxPW=  KW

  23. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage • Neizravno mjerenje snage u jednofaznom krugu

  24. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage 2.2.2. Mjerenje u trofaznom izmjeničnom sustavu Temeljne značajke trofaznog sustava: • s ili bez neutralnog vodiča • simetrično ili nesimetrično opterećen

  25. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage Mjerenje u trofaznom izmjeničnom sustavu • Mjerenje djelatne snage u sustavu s neutralnim vodičem • Simetrično opterećenje – mjerenje s jednim vatmetrom, Ptrofazno= 3  Pfazno • Nesimetrično opterećenje – mjerenje s tri vatmetra, Ptrofazno= PW1+PW2+PW3 • Mjerenje djelatne snage u sustavu bez neutralnog vodiča • Simetrično opterećenje - mjerenje s jednim vatmetrom uz izgradnju umjetne neutralne točke sustava, Ptrofazno= 3  Pfazno • Nesimetrično opterećenje - mjerenje s tri vatmetra uz izgradnju umjetne neutralne točke sustava, Ptrofazno= PW1+PW2+PW3 • Mjerenje djelatne snage s dva vatmetra Ptrofazno= PW!± PW2 Mjerni postupak s dva vatmetra primjenjuje se u sustavima bez neutralnog vodiča i nevezano uz simetričnost opterećenja sustava !

  26. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage • Mjerenje djelatne snage u sustavu s neutralnim vodičem • Simetrično opterećenje • mjerenje s jednim vatmetrom, • Ptrofazno= 3  Pfazno= 3 * PW

  27. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage • Mjerenje djelatne snage u sustavu s neutralnim vodičem • Nesimetrično opterećenje • - Mjerenje s tri vatmetra • Ptrofazno= PW1+PW2+PW3

  28. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage • Mjerenje djelatne snage u sustavu bez neutralnog vodiča • Simetrično opterećenje • mjerenje s jednim vatmetrom • izgradnja umjetne neutralne točke sustava, • Ptrofazno= 3  Pfazno

  29. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage • Mjerenje djelatne snage u sustavu bez neutralnog vodiča • Nesimetrično opterećenje • mjerenje s tri vatmetra, • izgradnja umjetne neutralne točke sustava, • Ptrofazno= PW1+PW2+PW3

  30. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage • Mjerenje djelatne snage s dva vatmetra • Aronov spoj • Mjerni postupak s dva vatmetra primjenjuje se u sustavima bez neutralnog vodiča i nevezano uz simetričnost opterećenja sustava ! Ptrofazno= PW1 ± PW2

  31. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage • Vektorski dijagrama za spoja prema Aronu

  32. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage • Mjerenje djelatne snage s dva vatmetra - Aronov spoj

  33. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage • Mjerenje djelatne snage s dva vatmetra • Aronov spoj • Pokazivanje vatmetara ovisno od cos fi

  34. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage • Mjerenje jalove snage • u trofaznom sustavu s neutralnim vodičem, • simetrično opterećenje, • mjerenje s jednim vatmetrom • Nije potrebna tvorba umjetne neutralne točke Qtrofazno= 3  Qfazno = 3 * QW

  35. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage • Mjerenje djelatne snage u sustavu bez neutralnog vodiča • nesimetrično opterećenje, • mjerenje s tri vatmetra, • Trofazna jalova snaga, • Qtrofazno= (QW1+QW2+QW3) / 3

  36. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage • Mjerenje jalove snage–s postupkom dva vatmetra Aronov spoj • Trofazni sustav bez neutralnog vodiča, • Tvorba umjetne neutralne točke • Trofazna jalova snaga Qtrofazno= (QW1 ± QW2) * 3

  37. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage • Mjerenje trofazne jalove snage – postupkom s tri vatmetra

  38. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage • Mjerenje djelatne snage u jednofaznom izmjeničnom krugu – polu izravno mjerenje • Prijenosni odnos strujnog mjernog transformatora definiran nazivnim faktorom prijenosnog odnosa KNI • Snaga trošila Pt = PW * KNI

  39. MJERENJA U ELEKTROTEHNICIMjerenje električne snage • Mjerenje trofazne djelatne snage Aronovim spojem: neizravno mjerenje. • uporaba mjernih transformatora nazivnog faktora prijenosnog odnosa KNI i KNU • trofazna djelatna snaga Ptrofazno= (PW1 ± PW2) * KNI * KNU

More Related