Próbne obciążenie zasilacza w celu określenia maksymalnej mocy znamionowej

Opublikowano 30/10/201705/09/2024 przez admin

Założenia

2. Dobór wartości obciążenia 3. Pomiar temperatury 4. Pomiar parametrów sieci zasilającej 5. Zestawienie wyników pomiarów i obliczeń 6. Komentarz zestawienia 7. Przyczyny różnicy wyników pomiarów i obliczeń 8. Przebiegi oscyloskopowe prądów i napięć Założenia:

Wyznaczyć moc znamionową zasilacza dla obciążenia wyjścia 325VDC oraz 220VAC.
Wyznaczyć pobór mocy z sieci zasilacza dla obciążenia wyjścia 325VDC oraz 220VAC.
Przeprowadzić obliczenia na podstawie schematu uproszczonego, porównać z wynikami pomiarów.

2. Dobór wartości obciążenia

Tabela doboru wartości obciążenia
Parametr		Obciążenie I	Obciążenie II	Obciążenie poł. szeregowo	Obciążenie poł. równolegle
Wartość napięcia przyjęta do obliczeń	Rezystancja	33Ω	25Ω	58Ω	14,2Ω
230V_AC	Moc AC	1600W	2100W	912W	3720W
250V_DC*	Moc DC	1893W	2500W	1077W	4395W

*Wartość oszacowana dla obciążenia 1kW. Przy czym moce znamionowe grzałek wynoszą odpowiednio 1600W i 2000W w zanurzeniu w wodzie przy napięciu znamionowym 220V. Najbliżej wartości wymaganej do próby obciążenia zasilacza jest kombinacja szeregowa obciążenia I i II.

1kW obciążenie o wartości 58Ω

Uproszczony schemat zasilacza który posłużył za podstawę do obliczeń

Pomiar temperatury uzwojenia transformatora

Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta prędkość obrotowa wentylatorów co powoduje wolniejsze nagrzewanie transformatora. Wzrost temperatury powoduje również szybsze oddawanie ciepła. Obydwa te zjawiska powodują, ze temperatura stabilizuje się przy około 65*C dla znamionowego obciążenia.

Pomiar parametrów sieci zasilającej

Tabela parametrów sieci zasilającej*
	L-N	L-PE	Zab. B10 (Z_Wym<4,6Ω) RCD 0,03A jako ochr. uzupeł. Z_wym<7666Ω
Rezystancja	0,77Ω	0,72Ω
Reaktancja indukcyjna	0,2Ω	0,2Ω
Impedancja	0,796Ω	0,75Ω
Napięcie	232,2V	232,2V

*Pomiar wykonany miernikiem zerowania MZ-3


Mierniki zerowania MZ-3	Pomiar temperatury odczytywany na sterowniku wentylatorów(52*C)

Zestawienie wyników pomiarów i obliczeń

Tabela do porównania wyników obliczeń oraz wyników pomiarów
	Obciążenie po stronie DC		Obciążenie po stronie AC (przed prostownikiem)
	Obliczenia	Wartość zmierzona	Obliczenia	Wartość zmierzona
Wartość obciążenia	58Ω(33+25)	59,8Ω	58Ω(33+25)
Napięcie zasilające	224,8V	224,8V	227,6V	227,6V
Pobór prądu z sieci	6,43A	6,79A	3,467A	3,876A
Moc czynna pobierana z sieci	1447,95W	1220W	788,7W	880W
Moc pozorna pobierana z sieci	1445,43VA	1526VA	789VA	882VA
Moc bierna pobierana z sieci	85,32VAr	916,7VAr	24,82VAr	59,4VAr
cosφ	0,998	0,8	0,09995	0,998
Napięcie AC strony pierwotnej transformatora	—	222,2V	—	226,8V
Napięcie AC strony pierwotnej transformatora na biegu jałowym	—	231,7V	—	231,7V
Napięcie AC strony wtórnej transformatora pod obciążeniem	—	213,7V	—	216,5V
Napięcie AC strony wtórnej transformatora na biegu jałowym*	—	228,0V	—	228,0V
Napięcie AC zasilające prostownik pod obciążeniem	—	217,8V	—	212,6V
Napięcie AC zasilające prostownik na biegu jałowym	—	228,3V	—	228,3V
Napięcie AC na obciążeniu	—	—	—	217,8V
Prąd AC na obciążeniu	—	—	—	3,708A
Moc na wyjściu transformatora	—	—	—	807,6VA
Napięcie DC pod obciążeniem	269	252,4V	—	—
Napięcie DC na biegu jałowym	—	314,1V	—	—
Impedancja zasilacza w przeliczona na wartość 230VAC	2,93Ω	14,8Ω	2,96	2,83Ω
Długotrwały prąd zwarciowy	78A	21,2A	77A	80,6A
Prąd DC na obciążeniu	4,5A	4,170A	—	—
Moc na wyjściu DC	1210W	1052,5W	—	—

* Konfiguracja transformatora głównego: wg tabliczki znam. 220V/210V (230/219,5V)

Komentarz zestawienia

Porównując wyniki pomiarów i obliczeń można dojść do wniosku, że niektóre wartości bardzo od siebie odbiegają. Pomiary przeprowadzono 12-krotnie w odstępie 5-minutowym następnie przeliczono wartość średnią aby wykluczyć znaczenie błędu przypadkowego. Dobrano odpowiednio mierniki aby zminimalizować wpływ harmonicznych na wynik pomiarów. Mierniki posiadały niepewność pomiarową nie nie większą niż 1,5%(fluke 175 dla pomiaru prądu AC 1,5% +3c, przy pomiarze napięcia 1% +3c). Sprawdzono mierniki względem mierników mniejszej niepewności aby wykluczyć błędy nadmierne.


Walizka pomiarowa VAW-2 z widocznym przekładnikiem prądowym umieszczonym we wewnętrznej przegrodzie obudowy	Charakterystyka magnesowania przekładnik prądowego wykonana przy użyciu MChM-2 prod. Energopomiar Niepewność pomiarowa przyrządu 0,2% + 2c	Wyznaczanie przekładni prądowej dla użytego zakresu(10/5A) przy użyciu WP-100 prod. Energopomiar Niepewność pomiarowa przyrządu 0,2% + 2c

Przyczyny różnicy wyników pomiarów i obliczeń

A. Wartość reaktancji indukcyjnej większości elementów w obwodzie jest zależna od wartości przepływającego przez nich prądu. Przyjęcie stałej wartości reaktancji znacznie upraszcza obliczenia; B. Przebieg prądu jest zniekształcony przez harmoniczne generowane przez transformator oraz prostownik. C. Sposób obliczeń zakłada, że przebieg jest przebiegiem sinusoidalnym i nieodkształconym co jest znacznym uproszczeniem wpływającym na ostateczny wynik.

Błąd przyrządu – wyeliminowany na wstępie

Przy pierwszym pomiarze aby sprawdzić poprawność metody przeliczyłem otrzymane wyniki. Przeliczony ze wskazań watomierza oraz amperomierza(KEW snap 2033) i woltomierza cos fi dla zasilania z sieci wyniósł 1,05. Powyższy wynik uznano za błędny, kolejne pomiary wykonano z użyciem fluke 175. Powtórnie przeliczony cos fi wyniósł już 0,8. Wartość pierwszego pomiaru znacząco różnił się od pozostałych. Powodem takiej różnicy był źle dobrany przyrząd pomiarowy który nie mierzył poprawnie wartości skutecznej prądu przebiegów odkształconych(3 i 5 har. z prostownika i transformatora). Ten sam miernik został później sprawdzony przy przebiegu sinusoidalnym mieszcząc się w swojej klasie dokładności.

Pomiar prądu AC po stronie sieci zasilającej. Pomiar wykonany w układzie 3 amperomierzy połączonych szeregowo(przez każdy z nich płynie ten sam prąd) w tym samym czasie.
Nazwa przyrządu	KEW snap 2033	Fluke 175	Walizka pomiarowa VAW-M2

Wartość zmierzona	5,15A	6,48A	(32/50)25=6,4A (przekładnik 10/5A, zakres 5A)
Dokładność pomiarowa	1%+4d	1,5%+3d	1% + przekładnik 0,2%
Błąd względny	21%	0-wartość odniesienia	1,2%
True RMS	Nie	Tak	Tak

Przebiegi oscyloskopowe prądów i napięć

Aby sprawdzić tezę o przebiegach odkształconych należało wykonać pomiary przebiegów prądów i napięć których zdjęcia umieściłem poniżej.


Oscylogram prądu ładującego baterię kondensatorów. Pod obciążeniem znamionowym	Obraz powstały przez nałożenie na siebie dwóch przebiegów. Czerwony prąd, zielony napięcie.

Oscylogram napięcia ładującego baterię kondensatorów. Pod obciążeniem znamionowym

	Po dodaniu kondensatora wartość skuteczna napięcia na uzwojeniu wtórnym transformatora zwiększyła się o około 5%. Tym samym wzrosła moc oddawana do obciążenia o około 25%. Prąd płynący przez kondensator wynosił około 3A. Dla transformatora jest to obciążenie około 700VAr Metoda polegający na przekompensowaniu transformatora jest nieskuteczna.
Oscylogram prądu strony pierwotnej transformatora po dodaniu równolegle do wyjścia transformatora kondensatora 45uF. Pod obciążeniem znamionowym

Oscylogram prądu strony wtórnej transformatora po dodaniu równolegle do wyjścia transformatora kondensatora 45uF. Na biegu jałowym


Oscylogram prądu strony pierwotnej transformatora. Pod obciążeniem znamionowym	Oscylogram prądu strony wtórnej transformatora. Pod obciążeniem znamionowym

Oscylogram napięcia strony pierwotnej transformatora. Pod obciążeniem znamionowym	Oscylogram napięcia strony wtórnej transformatora. Pod obciążeniem znamionowym

Przebiegi oscyloskopowe pozostałych odbiorników zakłócających

Oscylogram napięcia zasilającego	Oscylogram prądu zasilacza 24V(impulsowy)	Oscylogram prądu sterownika fazowego wentylatorów

Widok na wnętrze uszkodzonego wyłącznika samoczynnego B50 250VAC 6kA Uszkodzenie powstało w wyniku działania łuku elektrycznego w czasie wyłączania prądu DC o wartości około 4A i nap. 250V. Wyłącznik którego zdjęcia znajdują się poniżej nie jest przeznaczony do wyłączania prądów DC. Opisywany wyłącznik prąd roboczy wyłączał przez kilka sekund! Zastosowanie takiego wyłącznika w obwodzie DC do ochrony przed skutkami zwarć pozostawia wiele do życzenia. Po próbie wyłączenia prądu roboczego wyłącznik przestał przewodzić będąc w stanie załączonym.

Widok ogólny	Widok na styki łącznika