Labo Elektriciteit Elektriciteit
OPGAVE: Meten van vermogen bij gelijkstroom met de Elektrodynamische wattmeter Datum van opgave:
….../.../… Datum van afgifte:
….../.../… Verslag nr. : 1 Leerling:
Assistenten:
Klas: 3.1 School:
EIT
KTA Ieper
Remediering:
Evaluatie : Theorie : Meetopstelling : Berekeningen : Meetresultaten : Grafieken : Oefeningen : Besluiten :
.../10 .../40 .../68 .../14
.../10 .../10 .../10 .../10 .../10 .../10 .../10 .../20
Sub Totaal :
.../90
Totaal :
.../20
Theorie
Proef 1 Vermogenmeting bij gelijkspanning 1.1 Theorie
Symbool
1.1.1 Principe Elektrodynamische meter Steunt op de krachtwerking van twee stroomvoerende spoelen op elkaar. S1 S2
is vast en voert een stroom I1 is draaibaar binnen S1 en voert een stroom I2
Fig 1.1 We zien dat bij stroomdoorgang door beide spoelen, het draaispoeltje zich zo tracht op te stellen, dat zijn krachtlijnen evenwijdig en in dezelfde zin komen als die van de vaste spoel ; er ontstaat een draaikoppel Md. Om evenwicht te kunnen bekomen is er een tegenkoppel Mt nodig, veroorzaakt door twee spiraalveren; deze verzekeren tevens de stroomtoevoer naar het draaispoeltje.
Fig 1.2
Merk op dat de elektrodynamische meter tevens geschikt is voor wisselstroom: wanneer de stroom in beide spoelen gelijktijdig van zin verandert, blijft de zin van het draaikoppel behouden.
De vectoren tonen zin en richting aan van het ontstane veld in één van de spoelen.
Fig 1.3
De elektrodynamische meter bevat geen ijzer, zodat de veldlijnen geheel door de lucht verlopen. Het voordeel is een grote nauwkeurigheid door de geringe verliezen en fouten, een nadeel van de kleinere gevoeligheid door de zwakke velden.
1 Vermogen bij gelijkspanning
3.1EIT
Pagina 2
Theorie
1.1.2 Uitwijking van de meter Die wordt bepaalt door de stromen I1 en I2 in beide spoelen. α = C I1 I2 Hieruit volgt dat de elektrodynamische meter uitstekend geschikt is om het vermogen te meten, zowel bij gelijk als bij wisselstroom : - bij gelijkstroom - bij wisselstroom
: P = U I : P = U I cos ϕ ↓ cos van de hoek tussen spanning en stroom
De schakeling :
I1 = I = stroom door de verbruiker
U = f (U ) R2 α = f (U .I ) = f ( P) I2 =
α = C '.I .U α = C '.P Fig 1.4
1.1.3 Gebruik van de elektrodynamische meter Wordt uitsluitend gebruikt als wattmeter voor gelijkstroom en wisselstroom.
1 Vermogen bij gelijkspanning
3.1EIT
Pagina 3
Theorie
1.2 Gebruik van de wattmeter 1.2.1 Aansluiten van de wattmeter Daar je enkel een juiste aanduiding verkrijgt als de zin van de stromen in de twee spoelen ten opzichte van elkaar een bepaalde richting hebben, worden de klemmen van stroom- en spanningsspoel die met elkaar verbonden moeten worden, aangeduid. Deze klemmen moeten doorverbonden worden. Van bovenstaande kan je afwijken indien je het verbruik van de meter zoveel mogelijk wil elimineren. Er kan een verschil in aanwijzing optreden als men de spanningspoel voor (fig 1.5a) of achter (fig 1.5b) de stroomspoel aansluit. In het eerste geval meet je het vermogen van de stroomspoel mee. In het tweede geval meet je het vermogen van de spanningsspoel mee.
Fig 1.5a
Fig 1.5b
Hiermee kan je de vergelijking maken met de Volt- Ampère metermethode
1 Vermogen bij gelijkspanning
3.1EIT
Pagina 4
Theorie
1.2.2 Bepalen van het gemeten vermogen Het vermogen dat je meet met een analoge wattmeter kan niet dadelijk op de schaal worden afgelezen. De afgelezen waarde moet vermenigvuldigd worden met de wattconstante. De wattconstante, of bij andere toestellen het meetbereik, kan afgelezen worden in een tabel op het meettoestel. Indien men het meetbereik gegeven heeft, deelt men deze door de schaal. Zo bekomt men de wattconstante. Het gemeten vermogen is dan gelijk aan aflezing x wattconstante. Zeer belangrijk.
P = aflezing x wattcon stante wattcons tan te =
meetbereik schaalverd eling
Opdracht: noteer op een cursusblad (eerst in het klas, thuis in het net) de wattconstante tabel. Deze tabel zal je in andere proeven nodig hebben (controle volgt). Let op: bij de ELWE meter is de wattconstante geïntegreerd in de aflezing. De uitleg gebeurt tijdens het bedienen van het toestel.
1.2.3 Overbelasting van een wattmeter
Zeer belangrijk.
Bij het gebruik van een elektrodynamische wattmeter kan de meter overbelast worden zonder dat je dit merkt. Je hebt hier twee spoelen, één spanningsspoel en één stroomspoel. Indien je de spanningsspoel overbelast en een geringe stroom door de stroomspoel stuurt, zal de wijzer slechts gedeeltelijk uitwijken. Wordt er een geringe spanning gemeten en een grote stroom, dan zal de wijzer ook slechts gedeeltelijk uitwijken.
Het is daarom van groot belang de stroom en spanning te kennen voor de meting. Deze overbelasting kan ook optreden bij digitale meettoestellen. Hier is eveneens voorzichtigheid geboden.
1 Vermogen bij gelijkspanning
3.1EIT
Pagina 5
Benodigdheden + metingen
1.3 Benodigdheden (tabel 1.1)
Componenten Benaming R
Kenmerken Schuifweerstand 95Ω Merk: ……………………………………………… Type: ………………………………………………
RSG of SG-nummer: ……………
Toestellen Benaming 1 multimeter (A-meter) (analoog) 1 multimeter (V-meter) (digitaal)
Kenmerken ELWE Type: ……………………………………………… Eigen multimeter of DYNATEK Merk: ……………………………………………… Type: ………………………………………………
RSG of SG-nummer: ……………
RSG nummer: eigen meettoestel
Of Fluke, Kemex, Velleman
1 multimeter (Ω-meter) (digitaal) 1 Wattmeter
regelbare gelijkspanningsbron (0-90V) Diversen
Type: ……………………………………………… Eigen multimeter Merk: ……………………………………………… Type: ……………………………………………… ELWE
RSG of SG-nummer: ……………
Type: ……………………………………………… ELWE
RSG of SG-nummer: ……………
Type: ……………………………………………… Smoeren, klemmen, ……………….
RSG of SG-nummer: ……………
RSG nummer: eigen meettoestel
tabel 1.1
1 Vermogen bij gelijkspanning
3.1EIT
Pagina 6
Benodigdheden + metingen
1.4 Berekeningen a) Bereken de stroomsterkten voor een weerstand van 95 Ω aangesloten op respectievelijk 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 en 90 V. Noteer je berekende stroomsterkten in tabel 1.2.
I theoretisch =
U ......V = = ......mA R ......Ω
b) Bereken de overeenkomstige elektrische vermogens en noteer die eveneens in tabel 1.2.
Ptheoretisch = U • I = ......V • ...... • 10 −...... A = ......W c) Noteer in functie van de te meten spanningen het spanningsmeetbereik in tabel 1.2. d) Noteer in functie van de te meten stroomsterkte het stroommeetbereik in tabel 1.2. e) Laat je leraar de resultaten controleren.
1.5 Metingen a) Teken de meetopstelling (met de juiste symbolen voor ALLE meettoestellen in de schakeling). b) Regel de regelbare vermogenweerstand, met behulp van een digitale ohmmeter, af op 100Ω. Waarom hebben wij zo’n grote weertand ,wat vermogen betreft, nodig ? …………………….…………… Tip: bereken het vermogen bij 90V. …………………………………………………………… c) Maak deze meetopstelling zonder de voedingsspanning in te schakelen. Gebruik gekleurde snoeren (+ = rood, massa blauw. Na iedere meettoestel een andere kleur gebruiken kleur is vrij vb. groen, zwart of geel). Plaats een voltmeter op de voeding om de spanning af te lezen. Gebruikt de juiste kleuren (aan een klem van 1 meettoestel kunnen er geen 2 verschillende kleuren toekomen). d) Controleer of de naald op nul staat, bij een analoog meettoestel eventueel bijregelen met de regelvijs. Bij een digitaal meettoestel moet de uitlezing op nul staan. e) Stel de stroom- en spanningsmeetbereiken in (meettoestellen aanleggen). f) Laat de leraar de meetopstelling controleren g) Schakel de bronspanning in en stel de volgende spanningen in : 5,10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 en 90V. LET OP : Schakel de voeding steeds uit als je het spanningsmeetbereik van de wattmeter moet veranderen.
1 Vermogen bij gelijkspanning
3.1EIT
Pagina 7
Benodigdheden + metingen h) Noteer de respectievelijke aflezingen, wattmeterconstanten in tabel 1.2. Bereken het gemeten vermogen en noteer die eveneens in tabel 1.2
BEREKEND U in (v)
I in (……..)
5 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Weerstand : ………………………………………Ω GEMETEN P in ( …..)
Gemeten spanning in (……)
Gemeten stroom in (……)
Spanningsmeetberei k Wattmete r
Stroommeetberei k Wattmete r
in (……)
in (……)
P (W) Afgelezen waarde
Meetbereik
P in (……)
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
tabel 1.2
Pgemeten =
aflezing x meetbereik ...... x ......W = = ......W eindwaarde schaal ......
1 Vermogen bij gelijkspanning
3.1EIT
Pagina 8
Benodigdheden + metingen
1.6 Grafieken Teken volgende grafieken: 1ste het berekend vermogen in functie van de theoretisch berekende stroom 2de het gemeten vermogen in functie van de theoretisch berekende stroom Dit doe je met de computer in Excel (type eerst de gegevens in zoals Itheoretisch, Igemeten, Ptheoretisch en Pgemeten in een MS Excel Werkblad en maak daarvan een spreidingsdiagram). Een voorbeeld zie je in figuur 1.9 hieronder.
R= 120 ohm BEREKEND
GEMETEN
U in V
I in A
Ptheoretisch in W
Pgemeten in W
5 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0,04 0,08 0,17 0,25 0,33 0,42 0,5 0,58 0,67 0,75
0,2 0,8 3,4 7,5 13,2 21 30 40,6 53,6 67,5
0,23 1 4 6 12 19 33 45 55 70
• Eerst type je deze gegevens in op een werkblad. • Daarna maak je de spreidingsgrafiek. • Enkel de grafiek moet je indienen • Let op: de berekeningen zijn hier gemaakt voor een weerstand van 120Ω. Dus niet rechtstreeks bruikbaar voor je eigen verslag.
Ptheoretisch f(I), Pgemeten f(I) 80 70
P in W
60 50 P theoretisch in W Pgemeten in W
40 30 20
figuur 1.9
10 0 0
0,2
0,4
0,6
0,8
I in A 1 Vermogen bij gelijkspanning
3.1EIT
Pagina 9
Oefeningen
1.7 Oefeningen 1.
Plaats de juiste symbolen naast de tekst in tabelvorm (tabel 1.3).
Symbolen
Symbolen
Omschrijving Wisselspanning
2
Gelijk- en wisselspanning
60°
Draaispoelmeter Draaispoelmeter met gelijkrichting
~
Horizontale stand Schuine meetstand 60°
~
2000 V testspanning
Tabel 1.3
1 Vermogen bij gelijkspanning
3.1EIT
Pagina 10
Besluit
1.8 Besluit Vergelijk het berekend theoretisch vermogen met het gemeten vermogen door middel van de grafiek. Wat kan je daaruit besluiten?
………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Wat doe je als je klaar bent met de metingen of indien je moet wachten (een andere groep is bezig met de metingen van de proef)? Op al deze zaken staan ook punten.
EERST MAAK JE HET VERSLAG IN HET KLAD: • Voor de samenvatting van de theorie gebruik je een afzonderlijk cursusblad. • Een schets in kleur van de meetopstellingen met de gebruikte aanduidingen van de meettoestellen. • Op deze bladen: berekeningen, gebruikte meettoestellen, oefeningen, besluit als laatste (na de metingen). DAARNA: • In het labo, met behulp van je toegewezen computer, de tekeningen van de meetopstellingen met aanduiding van Merk, type RSG of SG-nummer bij ieder meettoestel (deze tekeningen kan je ook maken zodra je moet wachten wanneer een andere groep aan het meten is en er geen meettoestellen ter beschikking staan). Eventueel de grafieken in EXCEL NADAT je alle metingen uitgevoerd hebt. Let op: tekeningen en grafieken print je thuis af. Bewaar je tekeningen en grafieken op op de harde schijf EN een diskette (thuisverwerking). Geef steeds je diskette aan de leraar ter controle op virussen voordat je er iets opslaat. • Thuis de rest (samenvatting theorie, meetresultaten, grafieken, oefeningen besluit ed.). • Dien je afgeprint verslag in (in een plastiek kaftje met je voorblad) bij het begin van de volgende labo les. Zie ook laboreglement.
1 Vermogen bij gelijkspanning
3.1EIT
Pagina 11
