מהלך ניסוי רשתות תלת פאזיות: הבדלים בין גרסאות

מתוך מעבדת מבוא בחשמל
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
(סידור ואיחוד שני תתי-הסעיפים של מקדם הספק ותיקונו)
(עיבוי כותרות והוספת תמונות למקדם-הספק בסעיף מדידות בעומס קומפלקסי)
שורה 193: שורה 193:
 
|}
 
|}
  
<u>השראות הסליל לפי מתח וזרם</u>
+
'''<u>השראות הסליל לפי מתח וזרם</u>'''
  
 
לפי [[wikipedia:he:חוק אוהם|חוק אוהם]]:
 
לפי [[wikipedia:he:חוק אוהם|חוק אוהם]]:
שורה 213: שורה 213:
 
נא לשים לב שהביטוי בתוך השורש זהו למעשה היגב הסליל X<sub>L</sub>.
 
נא לשים לב שהביטוי בתוך השורש זהו למעשה היגב הסליל X<sub>L</sub>.
  
<u>השראות הסליל לפי הספקים</u>
+
'''<u>השראות הסליל לפי הספקים</u>'''
  
 
לפי משולש ההספקים:
 
לפי משולש ההספקים:
שורה 248: שורה 248:
  
 
==== [[wikipedia:he:מקדם הספק|מקדם הספק]] ותיקונו ====
 
==== [[wikipedia:he:מקדם הספק|מקדם הספק]] ותיקונו ====
 +
[[File:Pfposcap.svg|thumb|left|upright=2|<figure id="fig:pfposcap"><caption>תיקון למקדם הספק חיובי</caption></figure>]]
 +
[[File:Pfnegcap.svg|thumb|left|upright=2|<figure id="fig:pfnegcap"><caption>תיקון למקדם הספק שלילי</caption></figure>]]
 
# בסעיף זה נראה כיצד לתקן את ה[[wikipedia:he:מקדם הספק|מקדם הספק]] באמצעות קבל.
 
# בסעיף זה נראה כיצד לתקן את ה[[wikipedia:he:מקדם הספק|מקדם הספק]] באמצעות קבל.
 
# כוונו את הווריאק למתח הנמוך מעט מ-45V, לבערך 44V.
 
# כוונו את הווריאק למתח הנמוך מעט מ-45V, לבערך 44V.
שורה 284: שורה 286:
  
 
* האם ה[[wikipedia:he:מקדם הספק|מקדם הספק]] ב<xr id="tbl:powerfactor"/> תואם לחישובים בדו"ח המכין?
 
* האם ה[[wikipedia:he:מקדם הספק|מקדם הספק]] ב<xr id="tbl:powerfactor"/> תואם לחישובים בדו"ח המכין?
 +
{{gap}}
  
 
== מדידת הספק ברשת תלת-פאזית ==
 
== מדידת הספק ברשת תלת-פאזית ==

גרסה מתאריך 07:18, 28 בנובמבר 2017

1 מטרת הניסוי

  • הכרת מד ההספק ושיטת מדידת הספק ברשתות לזרם-ישר, זרם-חילופין ורשת תלת-פאזית
  • הכרת התלות בין זרמים ומתחים במעגלים תלת-פאזיים עם עומסים שונים
  • מציאת דיאגרמות ווקטוריות במעגלים תלת-פאזיים

2 ציוד לניסוי

2.1 מכשירים בעמדה

2.2 ציוד מהמחסן

3 מהלך הניסוי

אזהרה!

  • אין להדליק מקור-מתח כאשר הוא מחובר למעגל והערך שאליו הוא מכוון אינו ידוע.
  • חיבור המקור למעגל יעשה רק כאשר קיים עומס משמעותי.
  • אי שמירה על כללים אלה תביא לחריגה מהזרם המותר ולשריפת רכיבים!
  • נא הקפידו לא לעבור את תחומי המדידה של המכשירים.
  • יש להשתמש אך ורק במדי הזרם מתוצרת תבור (בצבע שחור כפי שרואים באיור 1).

3.1 מדידת הספק ברשת לזרם ישר

איור 4: מערך מדידה בזרם-ישר
איור 5: מעגל תמורה של הראוסטט המאוייר על גג קדמת-המכשיר
איור 6: שני סוגי בננות. הסוג הימני זהו הסוג-הקפיצי אשר כן יכול להתחבר אל מד-ההספק, ואילו הסוג השמאלי זהו הסוג-הקשיח אשר אינו יכול להתחבר אל המכשיר
איור 7: מד-הספק ספרתי חד-מופעי של חברת PeakTech דגם 2510
  1. הרכיבו את המעגל באיור 4:
    • הגבילו את זרם הספק כוח מיוצב ל-1A:
      1. הגבלת זרם מתבצעת ע"י קיצור יציאת המתח-הישר, כלומר חיבור של כבל בננה אחד בין הפלוס (+) והמינוס (-) של יציאת ספק הכוח.
      2. ושינוי הזרם המירבי המותר ע"י פקד C.LIMIT.
    • השימוש הוא בנגד משתנה מסוג ראוסטט (ולא דקדה!):
      1. הקדישו דקה להסתכל על הציור הנמצא על גג הראוסטט ומתאר את חיבוריו כפי שרואים באיור 5 על-מנת לא לחבר אותו בתצורת קצר.
      2. כוונו את הראוסטט לערך מירבי של 300Ω. אין להתקרב לקצה הראוסטט מחשש לקיצור המעגל וחריגה מהזרם המותר, אפילו אם לא התקבל הזרם המירבי המותר כפי שהתבקש בשאלה.
      3. בדקו את התנגדותו באמצעות רמ"ס.
    • אין לחבר בננות קשיחות למד-הספק הספרתי חד-מופעי אלא רק את הבננות-הקפיציות כפי המופיע באיור 6:
      1. ספק הכוח במקביל למד-המתח מתחברים לכניסת POWER SOURCE - שני החיבורים הקיצוניים באיור 7.
      2. העומס, שזהו הראוסטט בטור למד-הזרם, מתחברים לכניסת LOAD - שני החיבורים האמצעיים באיור 7.
    • מדידת P במתח-ישר מתבצעת ע"י הכפלת המתח והזרם במד הספק.
    • מדידת S מתבצעת ע"י הכפלת המתח ברמ"ס הראשון והזרם ברמ"ס השני.
    • וודאו שערכי המתח והזרם זהים בכל שלושת מכשירי המדידה:
      1. מתח ברמ"ס, מתח בספק הכוח ומתח במד-הספק.
      2. זרם ברמ"ס, זרם בספק הכוח וזרם במד-הספק.
  2. שנו את התנגדות העומס החל מערך מירבי (300Ω) עד לערך שייתן כמעט את הזרם המירבי המותר (30V חלקי 1A).
  3. יש למלא את הערכים בטבלה מטה.
  4. יש לרשום את היחידות הנכונות של הערכים בטבלה מטה.
רצוי VDC=30 [V] מצוי VDC [  ] רצוי IDC [mA] מצוי IDC [  ] הספק פעיל P [W] הספק מדומה S=V·I [  ] דיוק: PF=P/S [  ]
30   100        
30   150        
30   300        
30   500        
30   750        
30   1000        

הערות לאחר סיום המדידות:

  • לא לפרק את המעגל! משתמשים בו לניסוי הבא.
  • נא לכבות את ספק הכוח.


3.2 מדידת הספק ברשת לזרם חילופין חד-פאזית

איור 8: המערך למדידת הספק DC עם החלפה של מקור המתח ל-AC
איור 9: חיבור וואריאק לשנאי-מוריד מתח

3.2.1 מדידות בעומס אוהמי

  1. כל שצריך זה להחליף את מקור-הכוח DC שהרכבתם באיור 4 למקור-הכוח AC כפי שרואים באיור 8:
    • את שנאי מוריד-המתח מחברים לשקע התלת-פאזי הקיים בצד ימין של כל עמדה במעבדה כפי שרואים באיור 2.
    • לסובב שמאלה עד הסוף את החוגה של הוואריאק התלת-מופעי אשר מופיע באיור 3.
    • לחבר את הוואריאק לשנאי מוריד-מתח כפי שרואים באיור 9. צריך לדאוג לחבר אותו נכון, אחרת רק חלק מהפאזות של הוואריאק עלולות לפעול:
      1. יש לדאוג שהצ'ופצ'יק הלבן החיצוני שרואים באיור יהיה למעלה.
      2. יש לדאוג שהצ'ופצ'יק האדום הפנימי שרואים באיור יהיה למטה.
      3. יש לדאוג שהתקע יהיה מוכנס אל השקע עד הסוף כפי שרואים באיור 9.
    • במידה והוואריאק עדיין לא עובד כצפוי, יש לבדוק:
      1. אם החוגה שלו מסובבת עד הסוף, עד המתח המירבי (של 30V), הוא עלול לא לפעול טוב.
      2. אם אחד מתוך שלושת הפיוזים שלו שרוף יש להחליפו.
      3. אם החשמל קפץ או שהוא לא פועל בכלל בעמדה.
    • כוונו את מכשירי המדידה למדידת AC:
      1. את שני הרמ"סים.
      2. את המד הספק.
    • במקום הפלוס (+) והמינוס (-) של הספק כוח מיוצב חברו את הווריאק התלת-פאזי בין פאזה (+) כלשהי ואפס (-) בהתאמה.
  2. להעלות את הראוסטט בחזרה לערכו המירבי של 300Ω
  3. וודאו שערכי המתח והזרם זהים בכל שלושת המכשירים:
    • מתח ברמ"ס, מתח בווריאק (לפי המיקום היחסי של החוגה) ומתח במד-הספק.
    • זרם ברמ"ס, זרם בווריאק (לפי המיקום היחסי של החוגה) וזרם במד-הספק.
  4. וודאו שההספקים זהים בכל שלושת מכשירי המדידה:
  5. יש למלא את הטבלה מטה.
ראוסטט רצוי VAC [V] מצוי VAC [  ] רצוי IAC [mA] מצוי IAC [  ] הספק פעיל P [W] הספק מדומה S=V·I [  ] דיוק: PF=P/S [  ]
קבוע 0   0        
15          
30          
*45          
ניתן לשינוי   350        
  500        
  700        

הערות:

  • הערכים עם סימן שאלה � מציינים שלא משנה הערך אליו תכוונו את המכשיר.
  • כדי לעבור את ה-30V יש לנתק את הכבל של האפס (-) ולחבר אותו לאחת משתי הפאזות (+) הפנויות וכך זה מוכפל פי √3


הערות לאחר סיום המדידות:

  • לא לפרק את המעגל! משתמשים בו לניסוי הבא.
  • לסובב שמאלה עד הסוף את החוגה של הוואריאק התלת-מופעי (איור 3).


3.2.2 מדידות בעומס קומפלקסי

איור 10: מדגם עם סליל של 1 הנרי
איור 11: מערך מדידת סליל בזרם-חילופין

3.2.2.1 מדידת סליל

  • חברו את הסליל במדגם כפי המופיע באיור 10 ל-DMM:
    1. רישמו בטבלה מטה את המספר החרוט/רשום על המדגם.
    2. שנו את טווח המדידה של הרמ"ס של תבור לערך המינימלי של 200 אוהם.
    3. מידדו את התנגדותו הפנימית של הסליל במדגם ורישמו אותה בטבלה מטה.
  • חברו את המעגל המתואר באיור 11. במקום הרֵאוֹסְטָט אשר היה מחובר במעגל הקודם - לחבר את הסליל מאיור 10.
  • כוונו את מתח הווריאק לערך של 30V.
  • נא למלא את הטבלה מטה עבור מספר מתחים הגדולים מ-30V ולמצע את ההשראות המתקבלת על מנת לקבל דיוק טוב יותר.
מספר מדגם  
התנגדות פנימית RL  
רצוי VAC [V] מצוי VAC [  ] זרם IAC [  ] הספק פעיל P [W] הספק מדומה S=V·I [  ] מקדם הספק: PF=P/S [  ] L [  ]
השראות הסליל
לפי מתח וזרם
L [  ]
השראות הסליל
לפי הֶסְפֵּק
30              
40              
50              
ממוצע:    

השראות הסליל לפי מתח וזרם

לפי חוק אוהם:

[math]V=I\cdot R[/math]

[math]V_L=I_L\cdot|Z_L|=I_L\cdot|R_L+j\omega L|=I_L\cdot\sqrt{R_L^2+(\omega L)^2}[/math]

[math]\frac{V_L}{I_L}=\sqrt{R_L^2+(\omega L)^2}[/math]

[math]\left(\frac{V_L}{I_L}\right)^2=R_L^2+(\omega L)^2[/math]

[math]\left(\frac{V_L}{I_L}\right)^2-R_L^2=(\omega L)^2[/math]

[math]\omega L=\sqrt{\left(\frac{V_L}{I_L}\right)^2-R_L^2}[/math]

[math]L=\frac{1}{\omega}\cdot\sqrt{\left(\frac{V_L}{I_L}\right)^2-R_L^2}[/math]

נא לשים לב שהביטוי בתוך השורש זהו למעשה היגב הסליל XL.

השראות הסליל לפי הספקים

לפי משולש ההספקים:

[math]cos\varphi=\frac{P}{S}=\frac{R}{|Z|}[/math]

נציב את עכבת-הסליל:

[math]cos\varphi=\frac{R_L}{|R_L+j\omega L|}=\frac{R_L}{\sqrt{R_L^2+(\omega L)^2}}[/math]

נבודד את הגורם עם הסליל:

[math]\sqrt{R_L^2+(\omega L)^2}=\frac{R_L}{cos\varphi}[/math]

נעלה בריבוע את שני האגפים:

[math]R_L^2+(\omega L)^2=\left(\frac{R_L}{cos\varphi}\right)^2[/math]

[math](\omega L)^2=\left(\frac{R_L}{cos\varphi}\right)^2-R_L^2[/math]

נעשה מכנה משותף עבור RL:

[math](\omega L)^2=R_L^2\cdot\left(\frac{1}{cos^2\varphi}-1\right)[/math]

[math]\omega L=\sqrt{R_L^2\cdot\left(\frac{1}{cos^2\varphi}-1\right)}[/math]

נוציא את RL מחוץ לשורש:

[math]\omega L=R_L\sqrt{\frac{1}{cos^2\varphi}-1}[/math]

נחלק ב-ω כדי לקבל את ההשראות L:

[math]L=\frac{R_L}{\omega}\cdot\sqrt{\frac{1}{cos^2\varphi}-1}[/math]

3.2.2.2 מקדם הספק ותיקונו

איור 12: תיקון למקדם הספק חיובי
איור 13: תיקון למקדם הספק שלילי
  1. בסעיף זה נראה כיצד לתקן את המקדם הספק באמצעות קבל.
  2. כוונו את הווריאק למתח הנמוך מעט מ-45V, לבערך 44V.
  3. מידדו מתח V, זרם I והספקים P ו-S ומלאו את הטבלה מטה.
  4. את הקבלים השונים לתיקון cosφ חברו במקביל לעומס, בין הנק' A ו-B:
    • קבל של אפס מיקרו-פאראד ‎0 μF זה אומר ללא קבל בכלל.
    • קבל של עשרה מיקרו-פאראד ‎10 μF זה אומר רק אחד משני הקבלים הזהים.
    • קבל של עשרים מיקרו-פאראד ‎20 μF אומר לחבר את שני הקבלים במקביל.
    • קבל של חמישה מיקרו-פאראד ‎5 μF אומר לחבר את שני הקבלים בטור.

טבלה 1: מדידת גורם-הספק

קבל ‎0 μF ‎10 μF ‎20 μF ‎5 μF
רצוי VAC [V] 44 44 44 44
מצוי VAC [V]        
זרם IAC [A]        
הספק פעיל P [W]        
הספק מדומה מדוד S [VA]        
הספק מדומה מחושב S=V·I [VA]        
מקדם הספק מדוד: cosθ        
מקדם הספק מחושב: PF=P/S        


3.3 מדידת הספק ברשת תלת-פאזית

הערה! בכל הניסויים וריאק תלת-פאזי ישמש כמקור-מתח.

  • לפני חיבור הוריאק לרשת כוונו את כפתור הבקרה לאפס.
  • חברו את מעגל הניסוי למשני של הוריאק.
  • קבלו את אישור המדריך לחיבור מתח למעגל.
  • לאחר חיבור הוריאק לרשת העלו באיטיות את מתח-המוצא של הוריאק תוך כדי בדיקה שאינכם חורגים מתחומי העבודה המותרים ברכיבי המעגל (באמצעות הרמ"ס).

3.3.1 רשת מאוזנת

איור 14: עומס כוכב סימטרי מחובר לרשת תלת-פאזית עם גישה לנקודת האפס
  1. הרכיבו את המעגל הנראה באיור 14:
    • כאשר Z נתון על ידי נגד (ראוסטט) של 60Ω.
    • כוונו את תחומי המד הספק ל-100 וולט ו-2 אמפר.
    • לאחר קבלת אישור המדריך חברו את המעגל למתח תלת פאזי ‎30 V (קו).
  2. מידדו מתחים וזרמים פאזיים והספק עומס.
  3. רשמו את קריאות המודדים כאשר המפסק s סגור וכאשר הוא פתוח בהתאם לטבלה הבאה:
מפסק S V1 [  ] V2 [  ] A0 [  ] A1 [  ] A2 [  ] A3 [  ] P [  ] PTOTAL [  ]
סגור                
פתוח                

הערות:

  • הקפידו לא לעבור את נתוני הציוד.
  • השתמשו במדי-זרם מסוג תבור (בצבע שחור כפי שרואים באיור 1)

3.3.2 שיטת בארלו (barlow) - לא עושים

איור 15: שיטת בארלו עבור עומס סימטרי

הערה: לאחר צמצום המעבדה מ-4 שעות ל-3 - לא עושים סעיף זה עקב מחסור בזמן.

מידדו זרם, מתח והספק בעזרת המעגל המתואר באיור 15 (השתמשו באותו עומס סימטרי אשר הופיע באיור 14).

באיור 15 השנאי 1:1 הוא שנאי-בידוד כאשר הדק אחד של הראשוני מקוצר למשני.

נא לשים לב! יש חשיבות לקוטביות השנאי.

3.3.3 חיבור ארון למדידת הספק

איור 16: חיבור בשיטת ארון למדידת הספק ברשת תלת-פאזית באמצעות שני מדי-הספק בלבד

באיור 16 נראה עומס לא-סימטרי המחובר לרשת תלת-פאזית. ההספק הנמסר לעומס נמדד באמצעות שני וואטמטרים המחוברים בחיבור "ארון".

  1. הרכיבו את המעגל הנראה באיור 16 כאשר:
    • הנגד R נתון על ידי (ריאוסטטים) של 60Ω.
    • הקבל C בערך של 10μF.
    • וודאו שהמתג V ל-I במד הספק הספרתי במצב ON.
    • לאחר קבלת אישור המדריך חברו את המעגל למתח תלת פאזי 30V (קו).
  2. נא למדוד בהתאם לטבלה מטה:
    • מתחים פאזיים.
    • זרמים פאזיים.
    • הספק-עומס.
    • למדוד את התנגדויות הריאוסטטים והקבל באמצעות רמ"ס.
R1 (R-S) [  ] R2 (T-S) [  ] C(R-T) [  ] A1 (R-S) [  ] A2 (T-S) [  ] IR [  ] IT [  ] VR [  ] VT [  ] W1 (R-S) [  ] W2 (T-S) [  ] PTOTAL [  ]
                       

3.3.4 קביעת סדר הפאזות

איור 17: מעגל למדידת סדר-פאזות ברשת תלת-פאזית במבנה של חיבור-כוכב כאשר הנקודה האמצעית מסומנת בתור V0.

הרכיבו את המעגל המתואר באיור 17 ובדקו אם סדר הפאזות בשולחנכם נכון ע"י העלאת מתח הוריאק לערך המירבי. מידדו את סדר הפאזות בעזרת המדגם ובדקו האם קבלתם תוצאות זהות לתיאוריה. מלאו את הטבלה הבאה:

OK/NOT-OK TIN SIN RIN
  T S R
  T R S

הערה: זה בסדר אם הנורות הלא נכונות נדלקות - צריך לרשום את המדידה כמו שהיא ולא לרשום בצורה אוטומטית את הערך שאנו מצפים לו.


4 הערות ומסקנות – דו"ח מסכם

ערכו בצורה ברורה ומסודרת את תוצאות מדידותיכם.

  1. ערכו בטבלה את תוצאות-המדידות במדידת הספק ברשת לזרם-ישר, ורשמו בה גם את הסטייה (באחוזים) בין ההספק הנמדד להספק המחושב לפי P=V·I. אלו מסקנות ניתן להסיק?
  2. ערכו בטבלה את תוצאות מדידותיכם בסעיפים של מדידת הספק ברשת לזרם חילופין חד-פאזית השוו את ההספק הנמדד להספק המחושב לפי P=V·I·cosφ, מהן מסקנותיכם? מהי לדעתכם הסיבה לסטייה בעת חיבור הקבל?
  3. תארו את השפעת הקבל על שיפור גורם ההספק.
  4. בסעיף מדידת הספק ברשת תלת-פאזית:
    • קבעו את ההספק בעומס כפונקציה של הוראת הוואטמטרים בכל אחד מהמעגלים.
    • שרטטו דיאגרמה וקטורית לכל מקרה.
  5. בכל הסעיפים:
    • חשבו בכל אחד מהמעגלים הנ"ל את הזרם בפאזה, הספק-העומס, ובמידה שקיים גם את ההספק-העיוור. השוו בטבלה לגדלים הנמדדים.
    • שרטטו דיאגרמה וקטורית עבור כל מעגל.
  6. בכל הטבלאות של מהלך-הניסוי נא לרשום את היחידות המתאימות בסוגריים המרובעים.