Teljesítménymérési jegyzőkönyv Marosi Imre DOIN8J Faipari mérnökhallgató Levelező
Teljesítmény elméleti alapok, teljesítménytényező Egy berendezés pillanatnyi villamos teljesítménye: P (t) = U (t) *I (t) P (t) a pillanatnyi teljesítmény, mértékegysége: watt (W) U (t) a feszültség, mértékegysége: volt (V) I (t) az áramerősség, mértékegysége: amper (A) Látszólagos teljesítmény U: az effektív feszültség I: az effektív áram és a S: a látszólagos teljesítményt jelöli. Hasznos teljesítmény Mértékegysége: VA (volt-amper) Mértékegysége: W (watt) cosφ: az áram és a feszültség által közbezárt szög Gyakorlati jelentősége, hogy a hasznos teljesítmény adja a forgatónyomatékot. Meddő teljesítmény Mértékegysége: Var (volt-amper reaktív) A teljesítménynek ez a komponense hasznos munkát nem végez. A cosφ nem más, mint egy teljesítménytényező. A cosφ a feszültség és az áram időbeli késését adja meg. Az ideális értéke 1 (cosφ=1), ez a gyakorlatban a hő gépes és hagyományos Oldal 1
izzós egységben illetve a frekvenciaváltós motorhajtásoknál lehetséges. A,9-es értékek már jónak mondható ez alatt fázisjavítás szükséges. A meddő teljesítmény kompenzációja induktív fogyasztó esetén kondenzátorral történhet. A csúsztatási szög szerepe a faiparban, hogy a megmunkáló kés éle nem merőleges a mozgásirányra, hanem azzal λ szöget zár be. Csúszó vágáskor a mozgási síkban mérhető metszőszög (δ) értéke csökken az eredeti metszőszöghöz képest. Tapasztalati tény, hogy a forgácsoló erő függ a metszőszögtől. Elméleti és kísérleti vizsgálatok eredményei szerint a λ szög bármilyen δ szög esetén csökkenti a vágó illetve forgácsoló erőt. Mérőeszköz ismertetése Mérés célja Megtaláljuk azt a késbeállítási szöget ahol a leggazdaságosabb a gép üzemeltetése. Ehhez egy mérőeszköz segítségével adatot gyűjtünk. A mérőeszköz az alábbi adatokat méri: áramerősség, feszültség, látszólagos teljesítmény, hasznos teljesítmény, meddő teljesítmény és cosφ. Erre a célra a CA-823 típusú hálózati analizátor képes. Ez az eszköz egyfázisú és háromfázisú mérésekre is alkalmas. CA-823 hálózati analizátor - feszültség 6Vrms 6Vrms AC/DC - áram 5mA 65A - teljesítmény és fogyasztás vizsgálat Érzékelők 2 db tapintófej (piros és fekete) 2 db krokodilcsipesz (piros és fekete) 1 db lakatfogó adapter Oldal 2
CA MN-73 típusú lakatfogó Áram tartomány: 1mA 2A AC. Mérési típus: AC Kimenő jel: 2V AC. Átalakítási arány: 1mA/1mV, 1A/1mV. Árammérő szonda sávszélesség: 4Hz - 1kHz. Max pofanyitás: 2mm. Bekötés - a feszültség és az áram nem mérhető egyazon helyen - a kapocsrészt érinteni tilos - a két fázis közötti feszültség a vonali feszültség A mérőeszköz krokodilcsipeszeit rá kell csatlakoztatni a fázisokra, ha a motor teljesítménye negatív, akkor a bekötés rosszul lett elvégezve. Az áram mérése lakatfogó adapterrel történik. A kábeleket össze kell fogni a lakatfogó csipeszes fej részében. A furnér hasítógép Típus: Marunaka Royal FX Paraméterei: vágási szög - 6 max. állíthatósági magasság 18 mm magasságállítás kézi kerékkel asztal szélessége 27 mm penge hossza 34 mm max. fordulatszám 141 ford./perc előtolási sebesség 5 m/perc súly 3 Kg Villamos adatok: motor teljesítménye 1,5 kw hálózati feszültség 4 V A munkadarab végzi a mozgást a megmunkáló kés fixen rögzítve van. A mozgást pedig egy villanymotorral hajtott gumiszőnyeg adja az anyagnak. Oldal 3
A vizsgált faanyag tulajdonságai Lucfenyő: - fenyők családjába tartozik - színtelen gesztű fafaj - fehéres, szalmás-sárga színű - a késői pászták sugárirányú metszeten csíkozott felületet ad - a késői pászták húrirányú metszeten rajzos felületet ad - gyakoriak a gyantajáratok - könnyű a mechanikai megmunkálása - széles felhasználási terület A mérés menete A műszert a bekötési rajz alapján a lakatfogóval bekötöttük. A mérés 1 percig tartott és a műszer eközben másodpercenként adatokat mért és rögzített. Bekapcsoltuk a műszert és elindítottuk a furnérhasító gépet. Ha negatív teljesítményt vett fel a gép indításkor, akkor rosszul kötöttük be a műszert. A furnérhasító gépen forgácsoló műveletet hajtottunk végre többször is. A gépet leállítottuk, a műszer pedig tárolta az adatokat összesen 6 adatsort. Ezekben szerepel az áramerősség, a feszültség, a hasznos teljesítmény, a meddő teljesítmény a látszólagos teljesítmény és a teljesítménytényezőt. A mért adatok alapján meg tudjuk határozni, hogy melyik késbeállítási szög lesz a legoptimálisabb a teljesítmény szempontjából. Az én esetemben a késbeállítási szög 2 és 3 -os. Bekötési rajz Oldal 4
I (A) P (teljesítmény) Mért értékek grafikus megadása -2 -os késbeállítási szög lucfenyő faanyagnál 2 15 1 Teljesítmény összetevői 2 -os késbeállítás mellett 5-5 -1 S (VA) P (W) Q (VAr) -15-2 t (-6 s) 3,5 Áramerősség 2 -os késbeállítás melett 3 2,5 2 1,5 1 I (A),5 -,5 t (-6s) Oldal 5
P (teljesítmény),8 Teljesítménytényező 2 -os késbeállítás mellett,6,4,2 -,2 -,4 -,6 -,8-1 t (-6s) cosp -3 -os késbeállítási szög lucfenyő faanyagnál 25 2 15 1 5-5 -1-15 -2 Teljesítmény összetevői 3 -os késbeállítás mellett t (-6s) S (VA) P (W) Q (VAr) Oldal 6
I (A) 4 Áramerősség 3 -os késbeállítás mellett 3,5 3 2,5 2 1,5 I (A) 1,5 -,5 t (-6s),7 Teljesítménytényező 3 -os késbeállítás mellett,6,5,4,3,2 cosp,1 -,1 t (-6s) Oldal 7
A mérés kiértékelése A mérésből megállapítható és a grafikonról leolvasható, hogy mindkét késbeállítás mellett nagy indítási áramfelvétel alakul ki. Amikor a gép elér, egy bizonyos fordulatszámot az áramerősség nagysága csökken. Későbbiekben pedig áram nagysága szakaszosan látjuk változni (hol alacsonyabb, hol magasabb) de nem éri el az indításkor felvett áram mennyiségét. Ez a terhelés hatására jön létre. Ezek az áramerősségi csúcsok megadják, hogy hányszor végeztünk forgácsolást a gépen. Megfigyelhető, hogy forgácsoláskor sem ugyanakkora értékeket vesz, fel az áram ez pedig a faanyag inhomogenitásából adódhat. Terhelés hatására az áramerősség megnövekedett és ez által a látszólagos teljesítmény és a hasznos teljesítmény is megnövekedett. Ennek oka a látszólagos teljesítmény kiszámításában van, ugyanis ennek az értékét az effektív feszültség és az effektív áram szorzata adja. Ha az áram növekszik, akkor nagyobb lesz a teljesítmény értéke is. A meddő teljesítmény az indítási áramfelvétel után beáll egy azonos szintre, minimális ingadozással. Oka, hogy a meddő teljesítmény a nem motor forgatónyomatékát adja, hanem csak mágneses mezőt hoz létre, hasznos munkát nem végez. Indításkor a meddő teljesítmény eleinte kapacitív, majd amikor negatív értéket vesz fel induktív. Csúcsérték 2 -os késbeállítási szög mellett V A VA W VAr cosφ 1. 394,6 2,6 1762,6 989,2-1458,8,56 2. 394,9 2,6 1811,1 18,9-1453,2,59 3. 394,6 2,5 1687 854,4-1454,6,51 4. 395 2,6 1786,3 163,7-1435,1,59 5. 395 2,7 1842,3 1142,1-1445,6,59 6. 395 2,5 1676,6 882,9-1425,3,52 7. 394,9 2,5 1717,9 948,6-1432,3,55 átlag 394,8 2,5 1754,8 994,5-1443,5,55 Csúcsérték 3 -os késbeállítási szög mellett V A VA W VAr cosφ 1. 395,7 2,4 1674,1 889,5-1418,2,53 2. 395 2,5 1687,9 915,2-1418,2,54 3. 394,7 2,6 1793,7 14,8-146,8,58 4. 394,1 2,7 184 197,3-1477,1,59 5. 393,9 2,9 1945,5 123,8-156,7,63 6. 393,5 2,7 1867,2 1174,2-1451,9,62 7. 395,3 2,8 1918,1 1266,2-1442,2,66 8. 394,9 2,7 1878 1187,1-1455,3,63 átlag 394,6 2,6 1825,5 11,1-1453,8,59 Átlagértékek változása a 2 -os a 3 -os késbeállításhoz képest százalékban kifejezve,56,3846 3,8729 9,5991,784 6,7796 Oldal 8
A csúcsértékek átlagának összehasonlításánál 3 -os késbeállítási szögnél a feszültség csökkent nagyon kis mértékben,56%. Az áramerősség viszont növekedett,38 %-kal. A hasznos és látszólagos teljesítmény viszont emelkedett 9,59 % és 3,87%-kal. Így elmondható, hogy 2 -os késbeállítási szögnél végzett forgácsolás a furnérhasító gépen kisebb hasznos teljesítményt eredményez. A mérést befolyásoló tényezők A mérés elvégzésekor mind a 2 -os késbeállításnál mind a 3 -os késbeállításnál egyazon anyagból forgácsoltunk, de a faanyag inhomogenitása miatt befolyásolhatják a mérést: - a faanyag száliránya - nedvességtartalma - a faanyag sűrűsége - a különböző fahibák - eltérő szövetszerkezet Illetve befolyásoló tényező lehet még a szerszám élének a kopása. Irodalomjegyzék Dr. Mentes Gyula 25: Elektrotechnika Dr. Lugosi Armand 1987: Szerszámok és gépek. Furnér és rétegelt lemez gyártás különleges gépei Oldal 9