MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV A mérés tárgya: Villamos teljesítmény mérése (4. mérés) A mérés időpontja: 2004. 03. 02. de. A mérés helyszíne: BME, labor: I.B. 413 A mérést végzik: Belso Zoltan Szilagyi Tamas Mérőcsoport K1 A mérést vezeti: Felhasznált eszközök Oszcilloszkóp Agilent 54622A MY40005975 Digitális multiméter (6½ digit) Agilent 33401A MY41036269 Digitális multiméter (3½ digit) Metex ME-22T Analóg multiméter Ganzuniv-3 Elektronikus teljesítménymérő Hameg HM8115 F1004 Szabályozható AC tápegység Metrel MA-4804 Árammérő lakatfogó Amprobe DLC-100 Hall-szondás árammérő Hameg HZ-56 123-010152 R-L-C hálózat Izzólámpa személyi számítógép tápáramköre A a b c d e L f R B h C 4-1. ábra. A mérésekhez használt R-L-C hálózat 1
Mérési feladatok 1. Váltakozófeszültséggel táplált R-L-C hálózat teljesítményviszonyainak elemzése méréssel és számítással Hozza létre a mérésvezető által megadott kapcsolást dugaszolással, és 40 V-os, 50 Hz-es tápfeszültséget beállítva mérje meg az összekapcsolt hálózat áramát, feszültségét, látszólagos, hatásos és meddő teljesítményét valamint teljesítménytényezőjét 1.1. elektronikus teljesítménymérővel, Elozetes tajekozodaskeppen megmerjuk az induktivitas aramat es feszultseget, a MA4804 transzformatorrol taplalva, a VIK-01-03 meropanel trafon keresztul. A mert feszultseg 26.42 V, a mert aram 60.0 ma. Igy a tekercs impedanciajanak abszolut erteke 441.3 ohm. Az elektronikus teljesitmenymerot az MA4804-es valtoztathato transzformatorrol taplaltuk, a teljesitmenymerorol taplaltuk a tekercset, es a tekercs feszultseget az Agilent multimeterrel mertuk. A meres soran a tekercs feszultseget 10 es 40 V kozott valtoztattuk. 2
Az elektronikus teljesitmenymerovel (Hameg HM8115) az alabbi ertekeket mertuk: U [V] P [W] Q [var] cos fi 10 0,032 0,192 0,11 15 0,069 0,42 0,1 20 0,119 0,75 0,1 25 0,181 1,152 0,09 30 0,256 1,652 0,09 35 0,346 2,255 0,09 40 0,444 2,91 0,09 Tekercs teljesitmeny 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 10 15 20 25 30 35 40 Merofeszultseg [V] P [W] Q [var] cos fi 1.2. három voltmérős módszerrel! A normal ellenallas erteke R = 386 ohm A hatasos teljesitmeny P = (U_tap^2 U_R^2 U_L^2 ) / (2 * R) cos fi = (U_tap^2 U_R^2 U_L^2) / (2 * U_L * U_R) A kapcsolasban a VIK-II-04 meropanelen levo ellenallast hasznaltuk normal ellenallaskent. A tekercs feszultseget az Agilent multimeterrel mertuk, a normal ellenallas feszultseget es a teljes feszultseget ket Metex kezimuszerrel mertuk. Az elrendezest a valtoztathato transzformatorrol taplaltuk. 3
A meresi eredmenyek: U [V] U_R [V] U_L [V] P [W] cos fi 14,2 8,7 10,13 0,030224 0,132377 21,2 13 15,1 0,067915 0,133546 28 17,2 20 0,114197 0,12814 35 21,5 25 0,178433 0,12814 42,1 25,9 30,1 0,253355 0,125444 49 30,2 35,1 0,332837 0,121201 55,9 34,5 40 0,433368 0,121217 3 voltmeros modszer 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 P [W] cos fi 0,15 0,1 0,05 0 10,13 15,1 20 25 30,1 35,1 40 U_L [V] 4
2. Mérje meg egy 230 V névleges feszültségű, 40 W névleges teljesítményű izzólámpa karakterisztikáját 50 Hz-en a névleges tápfeszültség 20 és 100%-a között, 10%-os lépésekben elektronikus teljesítménymérővel! U [V] P [W] Q [var] cos fi 20 1,268 0 1 60 5,59-0,03 1 100 11,75-0,08 1 140 19,53-0,17 1 180 28,6-0,29 1 220 39,2-0,5 1 Izzolampa 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0-5 20 60 100 140 180 220 U [V] P [W] Q [var] cos fi 5
3. Mérje meg egy személyi számítógépes konfiguráció által felvett áram valódi effektív értékét, és a hálózati feszültséget, és adjon becslést a felvett hatásos teljesítmény felső korlátjára! A halozati feszultseget es frekvenciat az Agilent multimeterrel mertuk: U = 229.6 V, f = 49.98 Hz. A Hameg HZ56 lakatfogot a szamitogep kivezetett tapkabelere kapcsoljuk. Az Agilent oszcilloszkopon QuickMeas. opcioval az RMS feszultseget merjuk, es atskalazzuk aram ertekekre a Hameg HZ56 lakatfogo 100 mv/a konverzios tenyezojenek megfeleloen. Igy a szkop kozvetlenul az aram erteket mutatja. Lathato, hogy a szamitogep 857 ma aramot vesz fel a halozatbol. Az aramfelvetel nem egyenletes, hanem a kapcsolouzemu tapegyseg mukodesebol adodoan a halozati feszultseg csucsainal lep fel nagy aramfelvetel. 6
A szkop 2-es csatornajara merotranszformatoron keresztul ravezetve a halozati feszultseget, lathato, hogy a feszultseg es az aram csucsertekei fazisban vannak. (Feltetelezzuk, hogy a csatolotranszformator terheletlen allapotaban nem lep fel fazisforgatas.) 7
Jol lathato, hogy a szamitogep aramfelvetele nem egyenletes. Amikor a CPU hasznalat magasabb (dokumentum mentese, Excel munkalap megnyitasa, stb.), akkor a gep teljesitmenyfelvetele megno, ami az aramcsucsok kiszelesedesevel (es nem maximumertekuk megnovekedesevel) jar. Erdekessegkeppen kovettuk a gep CPU hasznalatat, es ezzel egyidejuleg figyeltuk az oszcilloszkopon a fentebb lathato aram-gorbet. Bar ezt sajnos nehez szemleltetni (hiszen amikor a CPU hasznalat nagy, eppen nem tudunk kepet menteni), de azert kovetheto volt, hogy a CPU csucsok osszefuggenek a szkopon lathato kiszelesedesekkel. 8
4. Végezzen hibaszámítást az 1. mérési feladat esetén! Ábrázolja a hatásos teljesítményt, az ellenállást és az áramfelvételt grafikusan a 2. mérés esetén! A 3 voltmeros modszer eseten a hatasoso teljesitmeny kepleteben szereplo komponensekre vonatkozo parcialis derivaltak: dp/du = U/R dp/du_r = -U_R/R dp/du_l = -U_L/R dp/dr = -P/R Innen a relativ hibak: h_u = U^2/(P*R) * h_u_m h_u_r = -U^2/(P*R) * h_u_r_m h_u_l = -U^2/(P*R) * h_u_l_m h_r = -h_r_m Az osszes hiba (abszolut osszegzessel, worst case esetet veve): h = abs(h_u) + abs(h_u_r) + abs(h_u_l ) + abs(h_r) = = U^2/(P*R) * h_u_m + U_R^2/(P*R) * h_u_r_m + U_L^2/(P*R) * h_u_l_m) + h_r_m A hibakomponensek: h_u_m = h_u_r_m = 2.5% h_u_l_m = 1% (a muszer specifikalt hibaja elhanyagolhato, mert csak 3 szamjegyet olvastunk le, ami ekkora leolvasasi hibat okoz.) h_u_r_m = 386/1000 * 10% = 3.86% Az osszesitett hiba: U [V] U_R [V] U_L [V] P [W] cos fi h [%] 14,2 8,7 10,13 0,030224 0,132377 72,08427 21,2 13 15,1 0,067915 0,133546 71,53538 28 17,2 20 0,114197 0,12814 74,1776 35 21,5 25 0,178433 0,12814 74,1776 42,1 25,9 30,1 0,253355 0,125444 75,58207 49 30,2 35,1 0,332837 0,121201 77,91807 55,9 34,5 40 0,433368 0,121217 77,91338 A kapott hiba erteke meglepoen nagy, ezt a hiba kepleteben szereplo U^2/(P*R) szorzo tenyezok okozzak. Ezen tenyezok nagysaga kb. 10-20, ami a 2.5%-os hibat 25%-ossa teszi. A 2. meres adatai: 9
U [V] P [W] Q [var] cos fi 20 1,268 0 1 60 5,59-0,03 1 100 11,75-0,08 1 140 19,53-0,17 1 180 28,6-0,29 1 220 39,2-0,5 1 Az izzolampa arama Az izzolampa ellenallasa 0,2 1400 1200 0,15 1000 I [A] 0,1 R [ohm] 800 600 0,05 400 0 20 60 100 140 180 220 U [V] 200 0 20 60 100 140 180 220 U [V] Az ellenallas erteke a feszultseggel jelentosen emelkedik. Magasabb (a normalis uzemhez kozelebbi) feszultsegek eseten a szal homerseklete egyre nagyobb lesz, ez okozza az ellenallasvaltozast. 10