Meddő teljesítmény mérése

A meddő teljesítmény mérése többféleképpen végezhető el.

Egy villamos áramkörbe kapcsolt eszköz teljesítménye a termelt, vagy fogyasztott energia és az idő hányadosa. Az energiának váltakozó áramú áramlása során háromféle teljesítményről szokás beszélni, ezek:

• A P hatásos teljesítmény egysége 1 W (watt)
• Az S látszólagos teljesítmény egysége 1 VA (voltamper)
• A Q meddő teljesítmény egysége 1 VAr (voltamper reaktív).

Összefüggésük Pitagorasz-tételével számítható: $\mathbf {P} ^{2}+\mathbf {Q} ^{2}=\mathbf {S} ^{2}$

A watt mértékegység bármely SI prefixummal használható. A meddő teljesítményt csak a kilo prefixummal használják. Kiejtése: kilovár.

Meddő teljesítmény mérése

A mérőműszerek (elektrodinamikus, ferrodinamikus wattmérők) csak áramköri feszültség és áramerősség együttes hatására működnek, ez pedig – ha valami módosítással közbe nem lépünk – csak a hatásos teljesítmény mérésére vezet. Mivel Q=U×I×sinφ ezért a valódi teljesítménynek megfelelő I áramot, és U feszültséget kell a wattmérőre működtetni, de akként, hogy az így támadó teljesítmény számszerűleg egyezzék meg a meddő teljesítménnyel. Ezt elérhető, ha a műszerben az áram és a feszültségi tekercs közti fázisszög koszinusza és az áramkör φ fázisszögének szinusza megegyezik. Tehát a mérőműszerre nézve az áram- vagy a feszültség tekercs áramát fázisban 90˚-kal el kell forgatni. Elvileg mindegy, hogy a forgatást az áramtekercsben, vagy a lengőtekercsben végzik, és mindegy, hogy előre, vagy hátra történik a forgatás, csak következetes legyen, így a meddő teljesítményt induktív áramkörben ellenkező előjellel kapjuk, mint kapacitiv áramkörben. A mérés megkezdésekor a fázist el kell tolni induktív irányban cosφ=0-ra (ez megfelel sinφ=1-nek).

A fázistolás frekvenciafüggő. Ezért az itt szereplő (egyfázisú) leírások általában 50 Hz frekvenciájú ipari hálózatra értendők. A megoldások alkalmazhatóak egyéb (például 60 Hz frekvenciájú) hálózatra is, de eltérő nagyságú illesztő kapacitásokkal.

Meddő teljesítmény mérése egyfázisú körben

Kapcsolás egyfázisú körben

Célszerűen a feszültségi körben történhet a forgatás kondenzátorral. A pontos beállításhoz a forgatás mértékét kellene finoman szabályozni, de a kondenzátorok szűkös választéka, és pontossága miatt erre nincs lehetőség. Ha ohmos ellenállással előtétezik tovább a méréshatárt, akkor a fáziseltolás kisebb lesz, mint 90°. A megoldás a következő: olyan kondenzátort kell választani, mely a végkitérésnél nagyobb kitérést ad. Ideális esetben a lengő köre nem tartalmazhatna ohmos ellenállást. Kielőtétezik a lengőtekercset kb. háromszor nagyobb fémréteg ellenállással, mint a lengőtekercs ellenállása, és így a hőhiba kb. 1%-ra csökken, majd a lengőtekercset az előtéttel együtt söntölik le egy akkora ellenállással, ami végkitérést eredményez. Ezzel a módszerrel a lengőkör ohmos ellenállása csökken, és nem nő! Így a fáziseltolást a kapacitás határozza meg, az 90° lesz. A fent leírt műszer csak egyhullámú körben mér helyesen, a harmonikus összetevők mérési hibát okoznak. A műszerek a frekvenciafüggő tag(ok) miatt érzékenyek a frekvenciaváltozás hatására, ezért csak egy meghatározott, szűk frekvenciatartományban mutatnak helyes értéket. Lényeges még, hogy az Rs ellenállás ne legyen induktív. Jól megfelel erre a célra például egy potencióméter, vagy egy bifiláris tekercs.

Mérés háromfázisú, szimmetrikusan terhelt hálózatban

90°-os fázisforgatás feszültséggel

Hermann Aron kapcsolások hatásos és meddő teljesítmény mérésére háromvezetékes, aszimmetrikusan terhelt hálózatban.

Szimmetrikus háromfázisú táplálásban igen könnyen megvalósítható a 90˚-os fázisforgatás. Minden fázisfeszültséghez (pl. $UL_{1}$) található egy vonali ($UL_{2}-L_{3}$) feszültség úgy, hogy vektoraik egymásra merőlegesek. Ezzel a „bm” kötés máris adott. A műszerre $IL_{1}$ áramot és $UL_{2}-L_{3}$ feszültséget adva azok egymással 90 fokos szöget zárnak be. A műszer nem tartalmaz frekvenciafüggő kondenzátort, vagy induktivitást, így a fázisforgatás nem függ a frekvenciától.

Mérés háromfázisú, háromvezetékes hálózatban

Ha a háromfázisú rendszernek nincs csillagpontja, vagy nincs kivezetve, a teljesítményt két wattmérővel is lehet mérni. („cm” kötés) Aron szerinti összefüggés itt is igaz. Az egyik gerjesztőcsévét IL1 árammal gerjesztjük. Az ehhez tartozó lengőtekercs UL3-N feszültséget kap. A másik gerjesztőcsévét IL3 árammal gerjesztjük. Az ehhez tartozó lengőtekercs UL1-N feszültséget kap. Előtét-ellenállás van mindhárom feszültség ágban, és így a műszeren belül egy csillagpont van kialakítva.

Mérés háromfázisú, egyenlőtlenül terhelt, négyvezetékes hálózatban

Az egyenlőtlen terhelés miatt nem használhatjuk azt a módszert, hogy egyetlen-, vagy két ágban mérünk teljesítményt, és feltételezzük, hogy a többi ágban ugyanakkora teljesítmény van. Itt áganként mérjük az áramokat. Ezt egy „dm” kötéssel valósítjuk meg. Megtehetjük, hogy három varmérővel, a három ág teljesítményének egyidejű mérésével mérjük meg, és a három műszer teljesítményét összegezzük, vagy azonos tengelyen három azonos mérőrendszert helyezünk el. A szokásos gyakorlat viszont nem ez. A közös tengelyen lévő egyik lengő a UL2-L3 feszültséget kap. Ez a lengő az osztott gerjesztőcséve egyik fél tekercsén IL1 , másik fél tekercsén IL2 árammal van táplálva. A másik lengőtekercs UL1-L2 feszültséget kap. Ezt a lengőtekercset az egyik fél tekercsén IL2 , másik fél tekercsén IL3 áram táplálja.

Források

• ↑ Karsa: Karsa Béla: Villamos mérőműszerek és mérések. (Műszaki könyvkiadó. 1962)
• Tamás László: Analóg műszerek. (Jegyzet. Ganz Műszer ZRt. 2006)
• IEC-EN 60051-1-9 Analóg műszerek