درک تولید برق ، اتلاف انرژی و انواع مختلف انرژی اندازه گیری شده می تواند مرعوب کننده باشد ، بنابراین بیایید با مروری بر اندازه گیری های اولیه برق و مکانیکی شروع کنیم.
قدرت چیست؟ در ابتدایی ترین شکل ، قدرت کارهایی است که در مدت زمان مشخصی انجام می شود. در یک موتور ، با تبدیل انرژی الکتریکی طبق قوانین زیر علم ، نیرو به بار تحویل داده می شود.
در سیستم های الکتریکی ، ولتاژ نیرویی است که برای حرکت الکترون ها لازم است. جریان میزان جریان بار در هر ثانیه از طریق ماده ای است که یک ولتاژ خاص در آن اعمال می شود. با در نظر گرفتن ولتاژ و ضرب آن توسط جریان مرتبط می توان قدرت را تعیین کرد.
P = V * I جایی که توان (P) در وات است ، ولتاژ (V) در ولت است و جریان (I) در آمپر است
وات (W) واحدی از نیرو است که به عنوان یک ژول در ثانیه تعریف می شود. برای منبع DC محاسبه صرفاً ولتاژ از زمان جریان است: W = V x A. با این حال ، تعیین قدرت در وات برای منبع AC باید ضریب توان (PF) را شامل شود ، بنابراین W = V x A x PF برای AC. سیستم های.
ضریب توان یک نسبت بی واحد از -1 به 1 است و میزان قدرت واقعی انجام کار را در یک بار نشان می دهد. برای عوامل قدرت کمتر از وحدت ، که تقریباً همیشه وجود دارد ، در قدرت واقعی تلفاتی به وجود خواهد آمد. دلیل این است که ولتاژ و جریان یک مدار AC از لحاظ ماهیت سینوسی است ، با دامنه جریان و ولتاژ یک مدار AC به طور مداوم در حال تغییر است و به طور معمول در تراز کامل نیست.
از آنجا که جریان ولتاژ برابر جریان ولتاژ است (P = V * I) ، هنگامی که ولتاژ و جریان به هم وصل می شوند ، بیشترین قدرت است به طوری که قله ها و نقاط صفر در ولتاژ و شکل موج جریان در همان زمان رخ می دهند. این می تواند یک بار مقاومت ساده باشد. در این شرایط ، دو شکل موج با یکدیگر "در مرحله" هستند و ضریب توان 1 خواهد بود. این یک مورد نادر است ، زیرا تقریباً همه بارها کاملاً مقاومت ندارند.
گفته می شود که دو شکل موج "خارج از فاز" یا "فاز تغییر یافته" هستند که دو سیگنال از نقطه ای به نقطه ارتباط ندارند. این می تواند در اثر بارهای القایی یا غیر خطی ایجاد شود. در این شرایط ، ضریب توان کمتر از 1 و قدرت واقعی کمتر تحقق می یابد.
با توجه به نوسانات احتمالی جریان و ولتاژ در مدارهای AC ، توان به چند روش مختلف اندازه گیری می شود.
قدرت واقعی یا واقعی مقدار واقعی نیرویی است که در یک مدار استفاده می شود و در وات اندازه گیری می شود. آنالایزرهای انرژی دیجیتال از روشهایی برای دیجیتالی کردن ولتاژ ورودی و شکل موجهای جریان برای محاسبه توان واقعی استفاده می کنند ، به دنبال روش در شکل 1
در این مثال ولتاژ آنی با جریان آنی (I) ضرب می شود و سپس در یک بازه زمانی خاص (t) یکپارچه می شود. یک محاسبه توان واقعی بدون در نظر گرفتن ضریب توان بر روی هر نوع شکل موج کار خواهد کرد (شکل 2).
هارمونیک یک عارضه اضافی ایجاد می کند. حتی اگر شبکه برق به صورت اسمی با فرکانس 60 هرتز کار کند ، بسیاری از فرکانس ها یا هارمونیک های دیگر وجود دارند که به طور بالقوه در یک مدار وجود دارند ، و همچنین می توان یک مؤلفه DC یا جریان مستقیم نیز در آن قرار داد. قدرت کل با در نظر گرفتن و جمع بندی کلیه محتوا از جمله هارمونیک محاسبه می شود.
از روشهای محاسبه در شکل 2 برای اندازه گیری توان واقعی و اندازه گیری RMS واقعی بر روی هر نوع شکل موج ، از جمله کلیه محتوای هارمونیک ، تا پهنای باند ابزار استفاده می شود.
اندازه گیری توان
در ادامه خواهیم دید که چگونه وات ها را در یک مدار معین اندازه گیری کنیم. Wattmeter ابزاری است که از ولتاژ و جریان برای تعیین توان در وات استفاده می کند. نظریه Blondel اظهار داشت که توان کل با حداقل یک وات متر کمتر از تعداد سیم ها اندازه گیری می شود. به عنوان مثال ، یک مدار دو سیم یک فاز از یک وات متر با یک ولتاژ و یک اندازه گیری جریان استفاده می کند.
یک سیستم تقسیم سه فاز تک فاز اغلب در سیم کشی مشترک مسکن یافت می شود. این سیستم ها برای اندازه گیری توان به دو وات متر نیاز دارند.
بیشتر موتورهای صنعتی از مدارهای سه فاز سه سیم استفاده می کنند که با استفاده از دو وات سنج اندازه گیری می شوند. به همان روش ، سه وات متر برای یک مدار چهار سیم سه فاز لازم است ، که سیم چهارم خنثی است.
شکل 3 یک سیستم سه سیم سه فاز با بار متصل با استفاده از روش دو وات سنج را برای اندازه گیری نشان می دهد. دو ولتاژ خط به خط و دو جریان فاز مرتبط اندازه گیری می شوند (با استفاده از وات متر Wa و WC). از چهار اندازه گیری (خط به خط و جریان و ولتاژ فاز) برای دستیابی به اندازه گیری کل استفاده شده است.
از آنجا که این روش فقط به نظارت بر دو جریان و دو ولتاژ به جای سه نیاز دارد ، پیکربندی نصب و سیم کشی ساده شده است. همچنین می تواند قدرت را به طور دقیق روی حالت متعادل یا اندازه گیری کند
در تعیین ضریب توان موج های سینوسی ، ضریب توان برابر است با کسین زاویه بین ولتاژ و جریان (Cos). این به عنوان ضریب قدرت "جابجایی" تعریف می شود و فقط برای امواج سینوسی صحیح است. برای سایر شکل های موج دیگر (امواج غیر سینوسی) ، ضریب توان به عنوان توان واقعی در وات تقسیم شده توسط قدرت ظاهری در ولتاژ-آمپرها تعریف شده است. به این فاکتور قدرت "واقعی" گفته می شود و می تواند برای کلیه شکل های موج ، هم سینوویید و هم غیر سینوسی استفاده شود.
با این حال ، اگر بار نامتعادل باشد (جریان فاز متفاوت است) ، این می تواند در محاسبه ضریب توان خطایی ایجاد کند زیرا تنها دو اندازه گیری VA در محاسبه استفاده می شود. دو VA به طور متوسط به این دلیل که فرض بر این است که آنها برابر هستند متوسط است. اما اگر اینگونه نباشند ، نتیجه معیوب حاصل می شود.
بنابراین بهتر است از روش سه وات سنج برای بارهای نامتعادل استفاده کنید زیرا این امر محاسبه ضریب توان درست را برای بارهای متعادل یا نامتعادل فراهم می کند.
آنالایزرهای قدرت از Yokogawa و برخی شرکت های دیگر از روش فوق استفاده می کنند که به آن روش سیم کشی 3V-3A (سه ولتاژ سه ولت) گفته می شود. این بهترین روش برای کار مهندسی و طراحی است زیرا یک فاکتور توان صحیح کل و اندازه گیری VA را برای یک سیستم سه سیم متعادل یا نامتعادل فراهم می کند.
اندازه گیری های پایه مکانیکی
در یک موتور الکتریکی ، قدرت مکانیکی به عنوان سرعت برابر گشتاور تعریف می شود. قدرت مکانیکی معمولاً به عنوان کیلووات (کیلو وات) یا اسب بخار (اسب بخار) تعریف می شود که یک وات برابر با یک ژول در ثانیه یا یک نیوتن متر در ثانیه است.
اسب بخار کاری است که در هر واحد زمان انجام می شود. یک اسب بخار برابر است با 33000 پوند در دقیقه. تبدیل اسب بخار به وات با استفاده از این رابطه حاصل می شود: 1 اسب بخار = 745.69987 W. با این حال ، تبدیل با استفاده از 746 W در هر اسب بخار ساده می شود (شکل 9).
برای موتورهای القایی ac ، سرعت واقعی یا روتور همان سرعتی است که شافت (روتور) می چرخد ، معمولاً با استفاده از فشار سنج اندازه گیری می شود. سرعت همزمان سرعت چرخش میدان مغناطیسی استاتور است که به عنوان 120 برابر فرکانس خط تقسیم بر تعداد قطب ها در موتور محاسبه می شود. سرعت سنکرون حداکثر سرعت نظری موتور است ، اما روتور همیشه به دلیل تلفات با سرعت کمی کندتر از سرعت همزمان انجام خواهد شد و این اختلاف سرعت به صورت لغزش تعریف می شود.
Slip تفاوت سرعت روتور و سرعت همزمان است. برای تعیین درصد لغزش از یک محاسبه درصد ساده سرعت سنکرون منهای سرعت روتور تقسیم شده با سرعت همزمان استفاده می شود.
بازده را می توان به ساده ترین شکل به عنوان نسبت توان خروجی به کل توان ورودی یا راندمان = توان / توان ورودی بیان کرد. برای یک موتور برقی ، قدرت خروجی مکانیکی است در حالی که قدرت ورودی الکتریکی است ، بنابراین معادله راندمان تبدیل می شود بهره وری = قدرت مکانیکی / قدرت ورودی الکتریکی.
قسمت 2: انتخاب ابزار اندازه گیری و تحلیل قدرت موتور الکتریکی
انجمن های مختلف استانداردهای آزمایش را ایجاد کرده اند که دقت ابزار دقیق مورد نیاز برای مطابقت با استاندارد آنها را تعریف می کند: IEEE 112 2004 ، NVLAP 160 و CSA C390. هر سه استانداردهای مربوط به اندازه گیری توان ورودی ، ولتاژ و جریان ، سنسور گشتاور ، سرعت موتور و ... را شامل می شود. ترانسفورماتورهای فعلی (CT) و ترانسفورماتورهای بالقوه (PT) برخی از ابزارهای اصلی ابزار دقیق برای ساخت این اندازه گیری ها هستند.
استانداردهای مربوطه با چند مورد استثنا بسیار مشابه هستند. خطاهای ابزار دقیق برای استاندارد IEEE 112 2004 و NVLAP 150 یکسان هستند. با این حال ، CSA C390 2006 از نظر دما و قرائت با یکدیگر تفاوت دارد.
به عنوان مثال ، میزان توان ورودی برای CSA C390 2006 0.5 ± از خواندن است و باید خطاهای CT و PT را شامل شود ، در حالی که موارد مربوط به IEEE 112 2004 و NVLAP 150 هر دو فقط به 0.5 ± of از FS (مقیاس کامل) نیاز دارند.
سنسورهای فعلی
سنسورهای فعلی معمولاً برای آزمایش لازم هستند زیرا جریان زیاد نمی تواند مستقیماً به تجهیزات اندازه گیری وارد شود. سنسورهای مختلف برای مطابقت با برنامه های خاص در دسترس است. سنسورهای گیره را می توان با آنالایزر قدرت استفاده کرد. همچنین می توانید از پروب های اسکپ استفاده کنید ، اما باید در استفاده از این کاوشگرها احتیاط کنید تا مطمئن شوید این وسیله در معرض جریان زیاد قرار ندارد.
برای CT ، سیم تغذیه را می توان از طریق پنجره متصل کرد (CT ها به طور معمول دونات شکل یا مستطیل هستند ، با سوراخ یا قسمت داخلی که به آن پنجره گفته می شود) ، یا اتصال کم جریان را می توان به پایانه های بالای دستگاه وصل کرد . شنت ها معمولاً برای کاربردهای dc استفاده می شوند اما فرکانس های AC یا تحریف نشده دارند ، اگرچه می توان برای موتورهای همزمان تا چند صد هرتز نیز مورد استفاده قرار گرفت. ترانسفورماتورهای کنونی تخصصی در دسترس هستند که به خوبی برای فرکانسهای بالا کار می کنند ، بیشتر در کاربردهای روشنایی برخلاف موتورها و درایوها.
منبع:
https://www.yokogawa.com/library/resources/media-publications/electric-motor-power-measurement-and-analysis/
- چهارشنبه ۱۳ فروردین ۹۹ ۲۳:۳۵ ۳۱۹ بازديد
- ۰ نظر