Växelspänning och effekt. S=P+jQ. Industriell Elektroteknik och Automation

Relevanta dokument
Växelspänning och effekt. S=P+jQ. Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

Växelspänning och effekt. S=P+jQ. Ingmar Leisse Industriell Elektroteknik och Automation

1 Grundläggande Ellära

Ellära och Elektronik Moment AC-nät Föreläsning 5

AC-kretsar. Växelströmsteori. Lund University / Faculty / Department / Unit / Document / Date

Svar och Lösningar. 1 Grundläggande Ellära. 1.1 Elektriska begrepp. 1.2 Kretslagar Svar: e) Slinga. f) Maska

Fö 3 - TSFS11 Energitekniska system Trefassystemet

LABORATION 3. Växelström

Spolen och Kondensatorn motverkar förändringar

IE1206 Inbyggd Elektronik

Kapitel: 31 Växelström Beskrivning av växelström och växelspänning Phasor-diagram metoden Likriktning av växelström

Elektriska och elektroniska fordonskomponenter. Föreläsning 4 & 5

Växelström K O M P E N D I U M 2 ELEKTRO

Elektriska drivsystem Föreläsning 2 - Transformatorer

Introduktion till fordonselektronik ET054G. Föreläsning 3

3.4 RLC kretsen Impedans, Z

2.7 Virvelströmmar. Om ledaren är i rörelse kommer den att bromsas in, eftersom det inducerade magnetfältet och det yttre fältet är motsatt riktade.

Fö 2 - TMEI01 Elkraftteknik Trefas effektberäkningar

Synkrongeneratorn och trefas

Fö 3 - TSFS11 Energitekniska system Trefassystemet

Fö 1 - TMEI01 Elkraftteknik Trefassystemet

Fö 1 - TMEI01 Elkraftteknik Trefassystemet

Växelström. Emma Björk

Spolen och Kondensatorn motverkar förändringar

IF1330 Ellära KK1 LAB1 KK2 LAB2 KK4 LAB4. tentamen

Elektroteknikens grunder Laboration 1

VÄXELSTRÖM SPÄNNINGSDELNING

Sammanfattning av likströmsläran

IF1330 Ellära KK1 LAB1 KK2 LAB2. tentamen

4. Elektromagnetisk svängningskrets

VÄXELSTRÖM SPÄNNINGSDELNING

Synkrongeneratorn och trefas

Laborationsrapport. Kurs Elinstallation, begränsad behörighet. Lab nr 2. Laborationens namn Växelströmskretsar. Kommentarer. Utförd den.

insignal H = V ut V in

IE1206 Inbyggd Elektronik

Sammanfattning. ETIA01 Elektronik för D

Fö 2 - TMEI01 Elkraftteknik Trefas effektberäkningar

Sven-Bertil Kronkvist. Elteknik. Komplexa metoden j -metoden. Revma utbildning

Elektromekaniska energiomvandlare (Kap 7) Likströmsmaskinen (Kap 8)

10. Kretsar med långsamt varierande ström

10. Kretsar med långsamt varierande ström

Genom att kombinera ekvationer (1) och (3) fås ett samband mellan strömmens och spänningens amplitud (eller effektivvärden) C, (4)

TSFS04, Elektriska drivsystem, 6 hp Föreläsning 2 - Trefassystem och transformatorn

10. Kretsar med långsamt varierande ström

Växelström i frekvensdomän [5.2]

1. Skriv Ohm s lag. 2. Beräkna strömmen I samt sätt ut strömriktningen. 3. Beräkna resistansen R. 4. Beräkna spänningen U över batteriet..

Elektricitetslära och magnetism - 1FY808. Lab 3 och Lab 4

10. Kretsar med långsamt varierande ström

Elektromagnetism. Kapitel , 18.4 (fram till ex 18.8)

Grundläggande ellära Induktiv och kapacitiv krets. Förberedelseuppgifter. Labuppgifter U 1 U R I 1 I 2 U C U L + + IEA Lab 1:1 - ETG 1

Impedans och impedansmätning

Impedans och impedansmätning

Växelström och reaktans

ELLÄRA Laboration 4. Växelströmslära. Seriekrets med resistor, spole och kondensator

Växelström i frekvensdomän [5.2]

Sedan tidigare P S. Komplex effekt. kan delas upp i Re och Im. Skenbar effekt är beloppet av komplex effekt. bestämmer hur hög strömmen blir

Permanentmagnetiserad synkronmotor. Industriell Elektroteknik och Automation

~ växelström. växelström 1. Heureka B Natur och Kultur

Elektromekaniska energiomvandlare (Kap 7) Likströmsmaskinen (Kap 8)

Instruktioner för laboration 2, Elektromagnetism och elektriska nät 1TE025 Elektriska system 1TE014

Komplexa tal. j 2 = 1

Tentamen ellära 92FY21 och 27

Strömmätning på riktigt

Fö 12 - TSFS11 Energitekniska System Lik- och Växelriktning

Tentamen Elektronik för F (ETE022)

Asynkronmotorn. Industriell Elektroteknik och Automation

Vecka 4 INDUKTION OCH INDUKTANS (HRW 30-31) EM-OSCILLATIONER OCH VÄXELSTRÖMSKRETSAR

Fö 10 - TSFS11 Energitekniska System Synkronmaskinen

TSFS04, Elektriska drivsystem, 6 hp Föreläsning 4 - Grundläggande principer för elmaskiner

Fö 10 - TSFS11 Energitekniska System Synkronmaskinen

Växelström ~ Växelström. Belastad växelströmskrets. Belastad växelströmskrets. Belastad växelströmskrets. Belastad växelströmskrets

Tentamen på del 1 i kursen Elinstallation, begränsad behörighet ET

Impedans! och! impedansmätning! Temperatur! Komponentegenskaper! Töjning! Resistivitetsmätning i jordlager!.!.!.!.!

Vi börjar med en vanlig ledare av koppar.

Fö 8 - TMEI01 Elkraftteknik Kraftelektronik

Sedan tidigare För att varvtalsreglera likströmsmotor måste spänningen ändras För att varvtalsreglera synkron- och

IDE-sektionen. Laboration 5 Växelströmsmätningar

Viktigt! Glöm inte att skriva Tentamenskod på alla blad du lämnar in.

Tentamen IF1330 Ellära fredagen den 3 juni

IF1330 Ellära KK1 LAB1 KK2 LAB2. tentamen

TSFS11 - Energitekniska system Kompletterande lektionsuppgifter

Ellära och Elektronik Moment AC-nät Föreläsning 4

Lösningsförslag/facit Tentamen. TSFS04 Elektriska drivsystem 19 aug, 2011, kl

Tentamen i EJ1200 Eleffektsystem, 6 hp

Tentamen den 22 mars 2003 Elkraftteknik och kraftelektronik TEL202

Elektriska och elektroniska fordonskomponenter. Föreläsning 6

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Fö 6 - TMEI01 Elkraftteknik Asynkronmaskinen

DET ÄR INGEN KONST ATT MÄTA SPÄNNING OCH STRÖM

IE1206 Inbyggd Elektronik

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Laborationsrapport. Kurs Elinstallation, begränsad behörighet ET1013. Lab nr 4 ver 1.5. Laborationens namn Trefas växelström. Kommentarer.

Tentamen IF1330 Ellära fredagen den 3 juni

Sammanfattning av kursen ETIA01 Elektronik för D, Del 1 (föreläsning 1-10)

IF1330 Ellära KK1 LAB1 KK2 LAB2. tentamen

IDE-sektionen. Laboration 6 Växelströmsmätningar

IE1206 Inbyggd Elektronik

X-tenta ET Figur 1. Blockschema för modell av det nordiska kraftsystemets frekvensdynamik utan reglering.

Teori och övningsuppgifter Från vattenkokare till kraftverk

Transkript:

Växelspänning och effekt S=P+jQ VA W var Industriell Elektroteknik och Automation

Översikt Synkronmaskinens uppbyggnad Stationär växelström Komplexräkning Komplex, aktiv och reaktiv effekt Ögonblicksvärde vad är reaktiv effekt? eaktiv effektkompensering

Induktion otera en slinga i ett magnetfält ˆ sin ˆ sint e N d dt e N ˆ cost e ˆ cost e eˆcost

Induktion ˆ sint e ˆ cost otation ger sinusformig spänning Inducerad spänning ligger 90 före flödet Inducerad spänning är proportionell mot flöde och varvtal Ofta enklare ett rotera fältet => Synkrongenerator

Statorlindning Koppar leder ström bra Många varv Lindning med två varv sedd längs axeln Poltalet p= adiellt flöde ak längs axeln Härvändarna böjda Härva upptar 360 /p

Stator Står still Järn leder flödet bra Lindningar i spår Tre lindningar Åtskilda 10 /(p/) Plats för rotor

otor oteras av turbin Här tvåpolig (även 4-polig, 6-polig ) Permanentmagnet Elektromagnet med likström matad via släpringar

Varje statorlindning en växelspänningskälla Varje källa har inre impedans Mest induktans men också lite resistans

Effekt i resistiv växelströmskrets i(t) u(t) i(t) + u(t) _ t p(t) Momentan effekt p t u t i t t Medeleffekten oftast intressantare Dubbel frekvens!

Effektivvärde + U dc _ I dc + u ac (t) _ i ac Det värde på i ac som ger samma medeleffekt som I dc i resistansen I effektiv root 1 T Betecknas med stor bokstav T 0 i t Kallas även MS (oot Mean Square) U effektiv beräknas på samma sätt mean square U effektiv 30 V

Effektivvärde (MS-värde) för sinus U I U är spänningens rms- eller effektivvärde U u ˆ / I är strömmens rms- eller effektivvärde I i ˆ / Fortfarande enkelt att räkna!

Induktans och kapacitans i C du dt u L di dt W 1 C Cu C W 1 L Li L Energi motsvarar: Spänning Ström

Induktans i växelströmskrets + u(t) _ i(t) i t iˆsin t u (t) u L (t) u u t u t u t i t t L iˆ sint Liˆ cost efter en del räknande L di dt u(t) i(t) u Z t Z i t ˆsin L X L arctan arctan X φ Strömmen φº efter spänningen

Impedans (Z) i L-krets X L X L Z t i Z t u arctan arctan ˆsin Impedansen Z [Ω] är förhållandet mellan ström och spänning. Z är frekvensberoende i Z u ˆ ˆ I U jämför Samma som vinkel mellan U och I

Kapacitans i växelströmskrets i(t) + u (t) u(t) _ u C (t) i u u t iˆsint 1 C iˆ cost t u t u t i t C t iˆ sint 1 C efter en del räknande u ˆsin t Z i t idt i(t) u(t) Z 1 C X arctan 1 C arctan X φ Spänningen φº efter strömmen

Impedans (Z) i C-krets Kapacitiv krets har negativ reaktans till skillnad mot den induktiva kretsen X C X C Z t i Z t u arctan 1 arctan 1 ˆsin

Visardiagram u 1 u t u 1 t 1 Alla storheter har samma frekvens: -Visare adderas genom vektoraddition -Ögonblicksvärden ej nödvändiga -Utelämna rotationen t -En av storheterna väljs som riktfas u u u 1

Visardiagram u 1 i 1 L û u L Liˆ u iˆ sint Liˆ 1 1 1 i u u t iˆ 1 sint C cost C iˆ cost u u iˆ û iˆ u C î î iˆ C

Visardiagram OBS: Från och med nu används alltid effektivvärde istället för toppvärde. Alla visare skalas med 1 û U U î U L L I î î Vinklar i grader

Komplexa metoden jω-metoden Man kan alltså representera strömmar och spänningar med visare Dessa visare kan representeras med komplexa tal

Komplex spänning och ström Komplex storhets belopp Effektivvärde i denna kurs Komplex storhets argument iktfas 0, välj spänningen här Fas relativt referensfas (riktfas) := fasvinkeln i(t) är efter u(t) U U u ˆ / arg( U U Ue j0 >0 iktfas I Ie j ) : o 0

Komplex impedans epresentera även impedansen med ett komplext tal Ohm s lag gäller även komplext U Z I U Ue j0 >0 iktfas Z jx I Ie j Tecken på strömmens fasvinkel Induktiv krets, Z=+jL=Ze j, positivt Strömmen I=U/Z=Ie -j, fortfarande med själva positivt INTE I=Ie j med negativt Ex G.1

Komplex impedans Induktiv esistiv Kapacitiv

Komplex impedans Ohm s lag för växelspänning Z serie eller parallellkopplad Serieimpedans samma I i och X spänningsdelning Parallellimpedans samma U över och X Strömdelning Serieparallellomräkning: U Z U Z I s jx U ju Z p // jx I s I 1 jx s ji Z L s 1 p p X s U p s 1 jx I p X s jx U jx s I p Ex G.

Se ström på oscilloskop med strömtång Hängs på mätobjekt Utsignal~ström i ledaren DC till flera khz Galvanisk separation 1. Mätström ger B-fält. Motström ger B-fält 3. Hall-sensor mäter B-fält 4. Motström regleras 5. Balans ger B=0 i kärnan 6. Mätström ~Motström 7. Mätström x M =Mätspänning Closed-loop hall effect current transducer, www.lem.com

Aktiv effekt P I sin I cos I U P UI cos UI I U I Den del av som är i fas med ger aktiv effekt Enhet Watt, W U

eaktiv effekt I cos U Q Q UI sin UI L XI L U X Del av I med fas ±90 från U ger reaktiv effekt ent induktiv last: I 90 efter U, Q definierat >0 ent kapacitiv last: I 90 före U, Q definierat <0 Enhet voltampere reaktiv, var (eller VAr) I sin I

Komplex effekt 1 S I sin I cos I U S P Q S UI cos juisin P jq P aktiv effekt i Q reaktiv effekt i L

Komplex effekt S S P Q U Ue j0 I Ie j Skenbar effekt Enhet voltampere, VA Meningslös fasfaktor, använd konjugat istället

Effektfaktorn cos S Q I cos U P P UI cos UI I sin I cosanger andel P av S: Värde på cos 1 där 1 motsvarar Q=0 Tillägg (ind) anger att Q>0 Tillägg (kap) anger att Q<0

Fysikalisk betydelse Aktiv effekt Mekaniskt arbete Värme (förluster) Kärnan i verkningsgradsberäkningar eaktiv effekt (ind) Magnetiska fält i induktanser (kap) Elektriska fält i kapacitanser Ingår inte i verkningsgradsberäkning Skenbar effekt Totalström, dimensionering (t.ex. transformator) S P Q

Växelströmseffekt (enfas) S Q P Ex G.3-4

I verkligheten sinusformade storheter u(t) och i(t) är 50 Hz p(t)=u(t)i(t) är 100 Hz! p(t)<0 ibland! Medel-p(t)>0

Dela i(t) i i och i L i i fas med u(t) i L 90 efter u(t) p +p L =p(t) p och p L 100 Hz p 0, medel>0 Medel-p L =0

Effekten p (t) i Toppvärde Medelvärde u ˆ i ˆ u ˆ i ˆ u ˆ ˆ i UI Aktiv effekt P! U, I effektivvärde P anger alltså medelvärde, men enfaseffekt är egentligen 100 Hz (kraftverkan i en fas på en växelströmsmotor alltså 100 Hz)

Effekten p L (t) i L Medelvärde 0 Toppvärde cos sin u ˆ i ˆ L u ˆ sin i ˆ L UI L eaktiv effekt Q!

Energi lagrad i L i L L + u W L 1 Li L (t) Effekt är energins tidsderivata dw L dt d dt 1 Li L (t) dw L di Li L L dt dt i LL di L dt i Lu p L Q anger energiförändringen i L

Energi lagrad i C i C C + u W C 1 Cu (t) Effekt är energins tidsderivata dw C d dt dt 1 Cu (t) dw C Cu du du uc dt dt dt ui C p C Q anger energiförändringen i C

Enfaseffekt ur u(t) och i(t) Aktiv effekt P: medel av p (t)=u(t)i (t) eaktiv effekt Q: max av p L (t)=u(t)i L (t) Aktiv effekt P: medel av p(t)=u(t)i(t) OBS! Fortfarande är UI=S P

Dimensionering I cos U I sin I Elnätet försörjer både och L Bara P ger nyttigt arbete Totalström och S avgör dimensionering Ledningar, transformatorer S P Q

Tecken på Q för L och C I cos U I sin S I Q Q kan vara positivt och negativt P L: Q>0 och C: Q<0 Använd båda så totalt Q blir mindre

eaktiv effektkompensering 1 i C i C i C i L I LC I L Induktiv och kapacitiv strömkomponent samma fas olika tecken Med båda reduceras strömmen till lasten Med båda reduceras förlusterna i överföringen OBS! Strömmarna i och i L till själva och L oförändrade, men strömmen i från elnätet minskas då C försörjer L

eaktiv effektkompensering i C C S Q C Q L Mål: Q L +Q C =0 LC ser ut som och drar bara P P jq jq L C UI UI * L * C U U jl * U U 1/( jc) j * U L jcu LC 1 C 1 L

Sammanfattning En sinusformad storhets amplitud kallas En komplex spännings belopp = spänningens värde Spänning gånger ström ger, med enheten Komplex effekt delas upp i effekt och effekt. Enheter? Med 50 Hz-spänning varierar effekten med frekvensen Hz För en resistans är medelvärdet av u(t)i(t) och anger För en induktans är toppvärdet av u(t)i(t) och anger hur energin som är lagrad i induktansen Vid reaktiv effektkompensering väljs C så att