str.1

wiczenie13

Pomiarymocywobwodachprdutrjfazowego

Programwiczenia:1. Wyznaczaniekolejnocifazisprawdzeniesymetriizasilania2. Pomiarmocyodbiornikatrjfazowegozapomocjednegowatomierza3. PomiarmocywsiecitrjfazowejtrjprzewodowejdwomawatomierzamiwukadzieArona4. Pomiarmocyczynnejibiernejzapomoctrzechwatomierzyorazkompensacjamocybiernej5. Obserwacjawpywukompensacjimocybiernejnawartociprdwfazowychiwspczynnikw

mocy

Wykazprzyrzdw:

Modelsiecizasilajcejtrjfazowej3lub4przewodowej,wyposaonywdwamiernikiN14sucedopomiaruparametrwobwodwtrjfazowych;

Bateriaszeciukondensatorwdokompensacjimocybiernej(wkadejfazie2rwnoleglepoczone,niezaleniezaczanekondensatoryopojemnoci5F,ukadpoczonywgwiazd);

Odbiornikrezystancyjnyskadajcysizszeciuarwek230V,75W(wkadejfaziepo2poczoneszeregowo,ukadpoczonywgwiazd);

SilnikasynchronicznyklatkowyP=0,37kW,cosfi=0,8; 3watomierzeferrodynamiczneklasy0,5; CgowymiernikmocyczynnejibiernejBM150; TesterkolejnocifazTKF12.

Literatura:[1]ZatorskiA.,RozkrutA.Miernictwoelektryczne.Materiaydowiczelaboratoryjnych.Wyd.AGH,SkryptynrSU1190,1334,1403,1585,Krakw,1990,1992,1994,1999[2]BolkowskiS.,Elektrotechnika.WSiP,Warszawa2005[3]TumaskiS.,Technikapomiarowa,WNT,Warszawa2007[4]CzarneckiL.,Mocewobwodachelektrycznychzniesinusoidalnymiprzebiegamiprdwinapi,2005.

Dokumentacjatechnicznaprzyrzdwpomiarowych:[5]Danetechniczne:watomierzcyfrowyBrymenBM155http://www.brymen.com.tw/producthtml/cata150/Bm150s.htmStronywww:http://www.lumel.com.pl/pl/obszary_dzialalnosci/pomiar_mocy_energii_harmonicznyc/art253,miernikparametrowsieci3fazowejn14.html

str.2

Zakreswymaganychwiadomocidokolokwiumwstpnego:

Definicje: mocy chwilowej, czynnej, biernej i pozornej dla obwodw prdu sinusoidalnego,wartociskutecznej,wspczynnikamocy,jednostkienergiiisposbichprzeliczania

budowaizasadadziaaniaanalogowychwatomierzyferrodynamicznych, strukturawatomierzacyfrowegoisposbwyznaczaniawynikupomiaru, metodypomiarumocyczynnejjednym,dwomaitrzemawatomierzami, metodypomiarumocybiernejjednym,dwomaitrzemawatomierzami, ograniczeniastosowaniarnychkonfiguracjipomiaruwzalenociodniesymetriizasilania lub

obcienia,

sposbobliczaniabdwgranicznychwpomiarachmocyczynnej.

str.3

Celwiczenia

Zapoznanie z metodami pomiaru mocy czynnej i biernej a take kompensacji mocy biernej wobwodachtrjfazowych.

Wstpteoretyczny

Jednym z parametrw okrelajcych szybko przesyu energii elektrycznej jestmoc pozorna.Wobwodachjednofazowychprduprzemiennegojestonaokrelonazalenoci ( towartoskuteczna napicia, to warto skuteczna prdu). Moc pozorn mona rozoy zgodnie zzalenoci nadwaskadniki:mocczynn zwizanznieodwracalnymprzepywemenergii do odbiornika orazmoc biern pobieran przez odbiorniki, ktre oprcz rezystancji posiadajtakeniezerowreaktancj (indukcyjnlubpojemnociow).Przesuniciefazoweprduwzgldem napicia powoduje, e cz prdu nie jest zamieniana na uyteczn prac (np. pracmechanicznwsilnikach).Nauytecznpracprzekadasijedynieskadowaprduzgodnawfazieznapiciem. Skadowa ta okrela moc czynn . Pokazano to na wykresie wskazowym (rys. 1).Skadowaprduprostopadadowskazunapicia, zwizana zmocbiern ,niebierzeudziauwwytwarzaniuuytecznejpracy,leczzwikszawartoskutecznprduprzesyanegodoodbiornika(wodniesieniudoodbiornikapobierajcegowyczniemocczynnotakiejsamejwartoci)iprzyczyniasidopowstawaniastratwliniachprzesyowych.

Rysunek1Wykresywskazowe:(lewy)rozkadprdu naskadowe zgodnwfaziezewskazemnapiciai prostopaddowskazunapicia;(prawy)rozkadmocypozorne naskadoweczynn orazbiern .Linikropkowanpokazanowartoteoretyczniemoliwejdoprzesaniamocyczynnejwprzypadkuograniczeniawartocimocybiernej adozera. jestktemprzesuniciafazowego

prduwzgldemnapicia.

Z konstrukcji systemu przesyowego wynika obcialno dugotrwaa, czylimaksymalna wartoskutecznaprdu,ktryprzepywajcprzezsystemwsposbdugotrwayniewywoujenegatywnychskutkwdlasystemu(np.niepowodujeprzegrzania linii).Przesyaniemocybiernejograniczazatemwarto moliwej do przesania mocy czynnej. Miar zmniejszenia przesyanej mocy wzgldemteoretyczniemoliwejdoprzesania jestwspczynnikmocy / ,ktrywnajlepszymwypadkumoeosignwarto1gdy .Wmiernikachidokumentacjianglojzycznejwspczynnikmocyoznaczany jest jakoPF (odang.PowerFactor).Wobwodach jednofazowychprdu sinusoidalnegooraz trjfazowych obwodach prdu sinusoidalnego o symetrycznym zasilaniu i symetrycznymobcieniuwspczynnikmocy jest rwny cos , gdy jedyn przyczyn obnienia go poniejwartoci1jestprzesuniciefazowe prduwzgldemnapicia.

str.4

Zopisanymzjawiskiemwiesipojciekompensacjimocybiernejwcelupoprawywspczynnikamocy czyli zmniejszenia strat przesyowych.W najprostszym omawianym wypadku kompensacjamocy biernej polega na korygowaniu kta przesunicia fazowego za pomoc elementwreaktancyjnychprzyczonychnajczciej rwnolegledoodbiornika.Tak samokompensujemymocbiern w obwodach trjfazowych zrwnowaonych (o symetrycznych napiciach zasilajcych isymetrycznymodbiorniku)prdusinusoidalnego(osinusoidalnychprdachinapiciach)1.

Wniniejszymwiczeniudysponujemyodbiornikamiliniowymiczyliniewprowadzajcymiodksztaceprdu wzgldem napicia. Ponadto zakadamy symetri napi zasilajcych (ich faktycznaniesymetriajestpomijalniemaa).Gdyponadtoodbiornikjestsymetrycznytowartowspczynnikamocywynika jedyniezprzesuniciafazowegoprduwzgldemnapicia.Wtymprostymprzypadkuwarto mocy biernych obliczanych wedug rnych teorii jest jednakowa i rwna sumie mocybiernychposzczeglnychfaz:

sin sin sin 3 sin 3 (1)

Podobniemocczynnajestsummocyczynnychposzczeglnychfaz:

cos cos cos 3 cos 3 (2)1Wrzeczywistociwystpujrwnie innezjawiskapowodujcedalszezmniejszeniewspczynnikamocy.Jednymznich,wystpujcym tylko w systemach wielofazowych, jest niezrwnowaenie obwodu czyli niesymetria zasilania bdobcienia. Poprawawspczynnikamocy zwizana z tym zjawiskiem jestmoliwa przez symetryzacj odbiornikw (naniesymetrinapiciazasilajcegozazwyczajniemamywpywu).Odksztacenienapiiprdwodsinusoidy,obserwowanew postaci obecnociwyszych harmonicznych, jest kolejn przyczyn obnieniawspczynnikamocy.W celu poprawywspczynnikamocywynikajcegozodksztaconychprzebiegwstosujesiaktywnefiltryharmonicznych.

Opismatematycznywymienionych zjawisk nazywamy teorimocy. Istnieje kilka konkurencyjnych teoriimocy, ktrychautorzyprbujrnysposbwyjanizachodzcezjawiska.Wrnychteoriachodmienniedefiniowanesposzczeglneskadnikimocywpywajce na obnieniewspczynnikamocy.Niewszystkie teorie uwzgldniajwszystkiewymienionezjawiska.Najbardziej zaawansowana obecnie teoriamocy,wyjaniajca fizyczne zjawiskawystpujcew obwodach, toteoriaskadowychfizycznychprduSFPautorstwaprofesoraLeszkaCzarneckiego.Wedugtejteoriiprdodbiornikamonarozoynaprdczynny(zwizanyzprzesyemenergii),bierny(zwizanyzprzesuniciemfazowym),rozrzutu (zwizanyzodksztaceniem)iniezrwnowaenia(zwizanyzniesymetri).Analogiczniedotegopodziauwyrnimonaodpowiedniemocebdceskadnikamimocypozornej.Najbardziejrozpowszechnion teorimocydlaprzebiegwodksztaconych jestzarazem najstarsza teoriamocy Budeanu,wg. ktrejmoc pozornmona rozoy namoc czynn P, biernQ imocodksztaceniaDzwizanezesobpoprzezzaleno .Niestetyteoriatazawieraniedoskonaoci,ktreskutkuj brakiem proporcjonalnoci pomidzymoc odksztacenia D, a rzeczywistym odksztaceniem prdu wzgldemnapicia.WieleobecnychcyfrowychprzyrzdwpomiarowychdopomiarumocywsystemachtrjfazowychmierzymocewedugdefinicjiBudeanu.

Z punktuwidzenia odbiorcy najbardziej istotnym parametrem odbiornika jestmoc i energia czynna, gdy stanowi onapodstaw rozlicze finansowych. Z punktu widzenia dystrybutora energii rwnie wane s pozostae skadniki mocywpywajcenaobnieniewspczynnikamocyorazzwikszajcestratyprzesyowe.Pomiarskadnikwmocypozwalanaprojektowanieorazsterowanieurzdzedokompensacjimocybiernejorazpozostaychniepodanychskadnikwmocy.Pomiarenergiiczynnej(czylicakizmocyczynnej)odbywasiuwszystkichodbiorcw.Pomiarenergiibiernejmamiejscezazwyczajuodbiorcwwikszejmocy takich jaknp. zakadyprzemysoweposiadajcewieleodbiornikwo charakterzeindukcyjnym(napdy).Odbiorcyprzemysowiponoszdodatkoweopatyzaenergibiern,comotywuje ichdo instalacjiurzdzekompensujcych.

Moliwo rozkadumocy na skadowe fizyczne zostaa tu jedynie zasygnalizowanaw celu uwiadomienia czytelnika opotrzebie pomiarowego wyznaczania tych parametrw. Szczegy wspomnianych teorii mocy ze wzgldu na znacznystopie zoonoci stanowimateria nawysze lata studiw. Przykadowo dowyznaczenia skadnikwmocy zgodnie zteoriskadowych fizycznychprdukonieczne jestzoonecyfroweprzetwarzaniesygnawmierzonychnapi iprdw.Zainteresowanychodsyamdopozycji[4].

str.5

Wdalszejczci instrukcjipokazanoschematyobwodwpomiarowychdopomiarumocyczynnej (ibiernej) za pomoc watomierzy analogowych. Analogowe (indukcyjne) liczniki energii czynnejprzyczane sw identyczny sposb, t.j.wmiejscawatomierzyna schematach.Natomiastcyfrowemiernikimocy i cyfrowe liczniki energii czsto podczamy do obwodu inaczej.Najczciej jest toukadanalogicznydoukadu3watomierzydopomiarumocyczynnej.Wukadzie tymmierzonestrzy prdy fazowe oraz trzy napicia przewodowe (czyli napicia pomidzy fazami) w sieciachtrjprzewodowych lub napicia fazowe (czyli napicia midzy faz a ziemi) w sieciachczteroprzewodowych.Cyfrowemiernikimocyniewymagajzmianypoczewcelupomiarumocyczynnej i biernej. Operacje takie jak wprowadzenie dodatkowego przesunicia fazowegomidzynapicie i prd, w celu obliczenia mocy biernej, a take sumowanie i skalowanie wynikwwykonywanesnasygnaachcyfrowychprzezprocesorlubspecjalizowanyukadscalony2.Schematypodczeniamiernikwcyfrowychdosiecitrjfazowejmogbytakeinne,powinnybydostpnewdokumentacjachprzyrzdw.

Opisstanowiskalaboratoryjnegoiprzyrzdwpomiarowych

Gwnym elementem stanowiska jest panel laboratoryjny (rys. 2). Jest tomodel trjfazowej siecizasilajcej. Moe on pracowa jako sie czteroprzewodowa bd trjprzewodowa po usuniciuzworkizprzewoduneutralnegoN.

Modelskadasiznastpujcychelementw(od lewej):wycznikzmoliwocizmianykolejnocifaz, lampki kontrolne sygnalizujce obecno napi fazowych, dwa mierniki parametrw siecitrjfazowychN14,czteryszynyzasilajce