Laborversuch II Messungen zur Blindleistungskompensation

Transkript

1 MESSTECHNIK 33 Laborversuch II Messungen zur Blindleistungskompensation Leitender Dozent Studenten Prof. Dr. Metzger, Klaus Schwarick, Sebastian; Möhl, Andre ; Grimberg, Mirko Durchführung am 1. April 004 von in der 8.00 hr bis hr TFH-Berlin / aum B154 / Laborplatz H

2 Aufgabe Schaltung I: Schaltung II: Aus einer elektrischren Schaltung, bestehend aus Spule (L) mit Eisenkern, ist der Laststrom (I L ), die Wirkleistung (P) sowie die Scheinleistung messtechnisch zu ermitteln. Mit den gemessenen Werten soll die Blindleistung (Q), der Leistungsfaktor (λ) und der Eisenverlustwiderstand ( FE ) der Spule errechnet werden. m einen möglichst großen Wirkanteil zu erzielen, soll Schaltung I dahingehend erweitert werden, das parallel zur Spule mit Eisenkern ein Stufenkondensator (C) geschaltet wird. Während der Kapazitätserhöhung sollen die gleichen Messungen wie in Schaltung I durchgeführt werden. Anschließend ist aus ihnen der optimale Kompensationswert im Stromminimum zu ermitteln. Zuletzt soll der Eisenverlustwiderstand ( FE ) ermittelt werden. Prüfobjekte 1 Oszilloskop Tectronix TDS 10 [7.1-39] 1 DAM Digitalamperemeter A Fluke 175 True MS [keine Angaben] 1 DLM Digitalwattmeter P Yokogawa WT 00 [keine Angaben] 1 Tastkopf PM 896/59 [keine Angaben] 1 Spannungsquelle ~ = 130 V [Kontakt 67/68] 1 Dekadenkondensator Bf. 4.8 F.Nr. 83 [6.3-4] 1 Stellwiderstand = 40 Ω [ ] 1 Normalwiderstand OSZ = 1 Ω [6.1-5] 1 Spule mit Eisenkern 500 Wdg./ C =,5 Ω Leybold [1.3-9] 1 Vier-Pol Verbinder [keine Angaben] Schaltung I Das Oszilloskop misst den Scheinstrom/Gesamtstrom (I) und die Scheinspannung/Quellenspannung (). Der Widerstand OSZ dient lediglich der Darstellung des Stromes I auf dem Oszilloskop. Mit dem Digitalwattmeter P lassen sich bei der Leistungs- und Strommessung Schein- Wirk-, und Blindwerte bestimmen. II

3 Messwertaufnahme Wirkleistung P Scheinleistung S Laststrom I L 13 W 3, VA 0,178 A Wäre in der Schaltung kein Blindanteil vorhanden, so müsste Schein- und Wirkleistung gleich sein. Da die Scheinleistung jedoch sehr viel größer als die Wirkleistung ist, gibt es auch eine entsprechend große Blindleistung, bzw. einen entsprechend großen Leistungsfaktor. Oszillogramme Die Netzspannung zeigt den gewohnten Sinusförmigen Verlauf. Ihr Scheitelwert liegt bei û = 190 V. Die Periodendauer beträgt T = 0 ms. t I Nicht mehr Sinusförmig verläuft der Strom I. Die rsache seiner Verzerrung liegt bei den mmagnetisierungsverlusten des Eisenkerns der Spule (Hysterese-Schleife). Der Scheitelwert des Stromes liegt bei î = 0,31 A. Die Periodendauer beträgt T = 0 ms. t III

4 Berechnung der Blindleistung (Q), des Leistungsfaktors (λ) und dem Eisenverlustwiderstand ( FE ) der Spule S = P + Q Q = S P Q = 3,VA Q = 19, var 13W Die Scheinleistung (S) ließe sich auch über den Laststrom (I L ) und die Quellspannung () bestimmen, da beide Größen Scheinwerte sind. S = IL = 130V 0,178A = 3,14VA P 13W λ = = = 0, 56 S 3,VA Die Ergebnisse von Blindleistung und Leistungsfaktor beweisen die Behauptung, das in der Schaltung Blind- und Wirkanteile vorhanden sind. : Da der Laststrom I L ein Scheinstrom ist und über das Verhalten von Wirk- und Blindanteil in der Spule (Parallel- /eihenverhalten) noch keine Aussage getroffen werden kann, wird die Wirkleistungsformel mit der Netzspannung aufgestellt. P = P = + = C FE 130V = FE = C 13W = 1300Ω = 1300Ω, 5Ω FE FE = 197, 5Ω Der Widerstand OSZ soll aufgrund seines geringen Wertes bei den Berechnungen vernachlässigt werden. Bestimmt man im Anschluss den Scheinwiderstand Z, 130V Z = = = 730Ω I 0,178A L kommt man auf einen geringeren Wert als den des Verlustwiderstandes. Es wird deshalb davon ausgegangen das sich der auftretende Wirkanteil parallel zur Spule verhält ( // L ). IV

5 Schaltung II Der Widerstand () dient nur zur Strombegrenzung der Kapazität (C). Mit dem Digitalwattmeter P lassen sich bei der Leistungs- und Strommessung Schein- Wirk-, und Blindwerte bestimmen. Durch Erhöhung der Kapazität um jeweils 1 µf soll sich dem Strom-Minimum genähert werden. An diesem Punkt ist die optimale Kompensation zu erreichen. MESSWETAFNAHME Kapazität C 1µF µf 3µF 4µF 5µF 6µF 7µF 8µF 9µF 10µF Wirkleistung in P 1,9W 1,9W 1,9W 1,9W 1,9W 1,9W 1,9W 1,9W 1,9W 1,9W Scheinleistung S 19,VA 16VA 14,VA 14,3VA 16,VA 19,4VA 3,5VA 7,9VA 3,6VA 37,5VA Strom I 148mA 13mA 109mA 110mA 15mA 149mA 180mA 14mA 50mA 88mA Laststrom I L 179mA 179mA 179mA 179mA 179mA 179mA 179mA 179mA 179mA 179mA Bei C = 3µF sind sich Wirk- und Scheinleistung am nächsten. In diesem Bereich erfolgt die Feineinstellung. Es ergeben sich die best möglichen Werte bei: Kapazität C 3,51 µf Wirkleistung in P 1,9 W Scheinleistung S 14 VA Strom-Minimum 107 ma Laststrom I L 179 ma Hätte die Spule keinen Eisenkern, könnte man den Blindanteil nahezu kompensieren, und zwar dann, wenn der kapazitive Blindwiderstand gleich dem induktiven Blindwiderstand wäre. Den absoluten Ausgleich lässt der Verzerrungsstrom jedoch nicht zu. Die Überlagerung der beiden Blindströme kann nur näherungsweise 0 ergeben. V

6 Oszillogramm I Durch den zur Spule parallel geschalteten Kondensator entsteht eine Stromkurve, die keine Sinus ähnlichen Verläufe zeigt. Der Scheitelwert des Stromes liegt bei î = 0,19 A. Die Periodendauer beträgt T = 0 ms. t Berechnung der Blindleistung (Q), des Leistungsfaktors (λ) und des Eisenverlustwiderstandes ( FE ) der Spule Mit den bereits verwendeten Formeln, ergeben sich folgende Werte: Q = 5,4 var λ = 0, 9 Anhand der Messergebnisse wird die Verbesserung des Leistungsfaktors (geht gegen 1) und die Verkleinerung des Blindanteils (klein gegen P) deutlich. Für den Eisenverlustwiderstand gilt der gleiche Ansatz wie in Schaltung I. Der Vorwiderstand der Kapazität C soll aufgrund seines verhältnismäßig geringen Wertes vernachlässigt werden. P = ' ' = ' = C + FE ' P 130V ' = FE ' = ' C 1,9W ' = 1310Ω ' = 1310Ω, 5Ω FE FE ' = 1307, 5Ω Die Eisenverlustwiderstände aus Schaltung I und II unterscheiden sich nur gering. Daraus folgt, das die Kapazität eine reine Blindgröße ist, im Gegensatz zur Spule, die aus Wirk- und Blindanteil besteht. VI