Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola
elektrotechnická Olomouc, Boţetěchova 3
PRAKTICKÁ ZKOUŠKA Z ODBORNÝCH
PŘEDMĚTŮ
Měření příkonu elektrických zařízení
2012 Michal Malík
Na druhé stránce bude vloženo originální zadání.
Prohlašuji, že jsem seminární práci vypracoval samostatně a všechny prameny
jsem uvedl v seznamu použité literatury.
……………………………
jméno a příjmení studenta
Chtěl bych vyslovit poděkování panu XXXX XXXXX za odborné konzultace a
poskytnuté informace.
……………………………
jméno a příjmení studenta
Prohlašuji, že nemám námitek proti půjčování nebo zveřejňování mé práce nebo
její části se souhlasem školy.
……………………………
jméno a příjmení studenta
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
4 / 33
OBSAH
Obsah ................................................................................................................................ 4 Úvod .................................................................................................................................. 5 1. Střídavý proud ........................................................................................................... 6
1.1. Průběh proudu a napětí na rezistoru v obvodu střídavého proudu .................... 6
1.2. Průběh proudu a napětí na kondenzátoru v obvodu střídavého proudu ............ 7 1.3. Průběh proudu a napětí na cívce v obvodu střídavého proudu ......................... 9
2. Výkon střídavého proudu ........................................................................................ 11 2.1. Zdánlivý výkon ............................................................................................... 11 2.2. Činný výkon .................................................................................................... 11
2.3. Jalový výkon ................................................................................................... 11 3. Měření výkonu a účiníku střídavého proudu .......................................................... 12
3.1. Střídavý proud v obvodech R,L,C .................................................................. 12
4. Revizní přístroj PU 194 DELTA 10A ................................................................. 16 4.1. Použití ............................................................................................................. 16 4.2. Konstrukce přístroje ........................................................................................ 17 4.3. Spuštění přístroje ............................................................................................. 18
4.4. Ovládání přístroje ............................................................................................ 19 4.5. Měření činného a zdánlivého příkonu a účiníku ............................................. 19
4.6. Kontrola proudu odebíraného spotřebičem ..................................................... 20 5. Naměřené hodnoty spotřebičů ................................................................................ 21 6. Spotřeba energie, vyjádřená v penězích .................................................................. 25
6.1. Výpočet spotřeby energie ................................................................................ 25 6.2. Spotřeba energie jednotlivých spotřebičů za 1 hodinu provozu ..................... 25
6.3. Náklady na týdenní a roční provoz uváděných spotřebičů ............................. 28 Závěr ............................................................................................................................... 30
Seznam použité literatury a studijních materiálů ............................................................ 31 Seznam obrázků, grafů a tabulek .................................................................................... 32
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
5 / 33
ÚVOD
Když jsem si vybral zadání své praktické zkoušky z odborných předmětů, tak
jsem si nebyl jistý, zda pro mě tato volba byla zcela správná. Později jsem zjistil, že je
toto téma velmi zajímavé, ale taky velice praktické a použitelné v každodenním životě
v souladu s elektrickými přístroji. Každý elektrický přístroj totiž spotřebovává určitou
energii, neboli příkon, za který je zpoplatněn taxou za 1kWh, společností, která
zprostředkovává elektrickou energii.
Práce je dělitelná na tři části, na část čistě teoretickou, proniknutí do problematiky
příkonu elektrických zařízení. Poté na část praktickou, na samotné měření příkonu
těchto přístrojů, a na vyhodnocení naměřených hodnot.
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
6 / 33
1. STŘÍDAVÝ PROUD
1.1. PRŮBĚH PROUDU A NAPĚTÍ NA
REZISTORU V OBVODU
STŘÍDAVÉHO PROUDU
Rezistor se v obvodu střídavého proudu chová stejně jako v obvodu proudu
stejnosměrného. Přestože každý vodič má určitou indukčnost a kapacitu, jsou tak malé,
že se výrazně neprojevují. Vzrůstající napětí tak způsobí okamžitě zrychlený pohyb
elektronů (vzrůst velikosti elektrického proudu), pokles napětí způsobí okamžitě pokles
rychlosti elektronů a tím zmenšení proudu. Proud i napětí jsou ve fázi, tj. nejsou
v časovém diagramu navzájem posunuty.
V dalším budeme zobrazovat střídavé napětí s amplitudou 12V, střídavý proud
s amplitudou 0,8A. Frekvence (je určena rotací alternátoru v elektrárně) je shodná pro
proud i napětí a má hodnotu 50Hz:
Graf 1 – 1: Časový průběh střídavého napětí a proudu v obvodu s rezistorem
Rovnice probíhajícího napětí a proudu v obvodu střídavého proud s rezistorem
mají tedy tvar:
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
7 / 33
u = 12.sin (100t)
i = 0,sin (t)
počáteční fáze v čase t = 0s je dobře patrná ve fázorovém diagramu (proud i napětí
často zobrazujeme do fázorového diagramu):
1cm 4V, 1cm 0,4A
Obrázek 1 – 1: Fázorový diagram
1.2. PRŮBĚH PROUDU A NAPĚTÍ NA
KONDENZÁTORU V OBVODU
STŘÍDAVÉHO PROUDU
Osciloskop ukazuje posuv proudu vzhledem k napětí na kondenzátoru o 900, tj. o
rad:
Graf 1 –2: Časový průběh střídavého napětí a proudu v obvodu s rezistorem
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
8 / 33
Rovnice probíhajícího napětí a proudu:
u = 12.sin (100 t)
i = 0,sin (t +
Předbíhání proudu před napětím zobrazí nejlépe fázorový diagram:
1cm 4V, 1cm 0,4A
Obrázek 1 –2: Fázorový diagram
Problém:
Jaká je příčina předbíhání proudu před napětím ve střídavém obvodu
s kondenzátorem:
Řešení:
Při zapojení obvodu je napětí na deskách kondenzátoru 0 V. Kondenzátor se nejprve
nabíjí – velikost proudu je rovna amplitudě. Jestliže se kondenzátor nabije, je napětí
na deskách rovno amplitudě napětí, ale proud jdoucí do kondenzátoru je 0 A.
Využití schopnosti kondenzátoru posunout průběh proudu před napětí o
900:
V jednofázových motorech na střídavý proud by jediná fáze nebyla schopna vytvořit
točivé magnetické pole. Rotor by se neotáčel. Proto do obvodu přidáváme pomocné
vinutí, které je připojené k téže fázi (tj. vodiči) přes kondenzátor. Tímto vinutím pak
protéká elektrický proud posunutý o čtvrtinu periody. Pomocné vinutí vytváří
magnetické pole, které spolu s magnetickým polem ostatních cívek rotoru vytváří
točivý efekt.
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
9 / 33
1.3. PRŮBĚH PROUDU A NAPĚTÍ NA
CÍVCE V OBVODU STŘÍDAVÉHO
PROUDU
Osciloskop ukazuje posuv napětí oproti proudu o rad:
Graf 1 –3: Časový průběh střídavého napětí a proudu na cívce
Rovnice probíhajícího napětí a proudu:
u = 12sin(100t +
i = 0,sint
Předbíhání napětí před proudem zobrazené na fázorovém diagramu:
1 cm 4 V, 1cm 0,4 A
Obrázek 1 –3: Fázorový diagram
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
10 / 33
Problém:
Jaká je příčina předbíhání napětí před proudem ve střídavém obvodu s cívkou?
Řešení:
Cívka se vlastní indukčností brání každé změně elektrického proudu tím, že indukuje
napětí
t
ILU i
Největší změna proudu je v okamžiku, kdy se mění směr proudu, tj., když časový
diagram střídavého proudu prochází nulovou polohou. Tehdy má indukované napětí
amplitudu.
Naopak, nejmenší změna elektrického proudu je ve chvíli, kdy elektrický proud má
amplitudu – tehdy je hodnota indukovaného elektrického napětí nulová.
Graf 1 - 4: Okamžité napětí, proudu a výkonu v obvodu střídavého proudu
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
11 / 33
2. VÝKON STŘÍDAVÉHO PROUDU
Příkon elektrických zařízení střídavého proudu dělíme na tři základní příkony
které jsou zdánlivý, činný a jalový příkon.
2.1. ZDÁNLIVÝ VÝKON
Zdánlivý výkon sice nemá přímý fyzikální význam, ale je důležitý zejména z
toho důvodu, že mnoho elektrotechnických prvků má vlastnosti závislé na napětí a na
proudu, takže rozměry a možnosti těchto prvků se odvozují od zdánlivého výkonu.
Zdánlivý výkon lze také chápat jako největší možný výkon, dosažitelný při nulovém
fázovém posuvu (tzn. Jedno taktním účiníku). Jeho výpočet je dán vztahem:
– kde P je hodnota činného výkonu a Q hodnota jalového výkonu.
Jednotkou zdánlivého výkonu je voltampér (VA).
2.2. ČINNÝ VÝKON
Výkon, který se přenáší od zdroje ke spotřebiči, kde se nenávratně proměňuje v
jiný druh energie. Odtud jeho označení činný výkon. V případě sinusového průběhu lze
tuto střední hodnotu vypočítat jako:
– kde φ je fázový posuv mezi vektory proudu (I) a napětí (U) a cos φ je účiník.
2.3. JALOVÝ VÝKON
Část výkonu, která se obvodem přelévá tam a zpět (a způsobuje v části periody
zápornou hodnotu okamžitého výkonu). Je způsoben tím, že elektrická energie v jedné
části periody v kondenzátoru vytváří elektrické pole, resp. v cívce magnetické pole, v
druhé části periody pak tato pole zanikají a stejnou energii vracejí do obvodu. Velikost
jalového výkonu je rovna:
– kde φ je fázový posuv mezi vektory proudu a napětí.
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
12 / 33
3. MĚŘENÍ VÝKONU A ÚČINÍKU
STŘÍDAVÉHO PROUDU
3.1. STŘÍDAVÝ PROUD V OBVODECH
R,L,C
Závislost mezi napětím a proudem pro rezistor je dána Ohmovým zákonem,
u(t)=R.i(t), (1)
kde u a i jsou okamžité hodnoty napětí a proudu. Obě veličiny jsou tedy ve fázi.
Napětí na kondenzátoru je dáno nábojem, který na kondenzátor přitekl:
C
Qtu )( . (2)
Uvědomíme-li si vztah mezi proudem a nábojem,
tIQ d , (3)
je napětí na kondenzátoru dáno vztahem
tiC
tu d1
)( . (4)
Pro sinusový průběh proudu platí
tIi sin0 , (5)
2sincos)( 0
0
tUt
C
Itu . (6)
Napětí na kondenzátoru se tedy opožďuje za proudem o /2 a vztah mezi
amplitudami resp. efektivními hodnotami napětí a proudu:
C
XI
U
I
Uc
ef
ef
1
0
0 . (7)
Napětí na cívce je dáno podle Faradayova zákona elektromagnetické indukce
změnou proudu, který cívkou teče:
t
itu
)( . (8)
Pro sinusový průběh proudu (5) platí:
2sincos)( 00
tUtLItu . (9)
Napětí na cívce se tedy předbíhá před proudem o /2 a vztah mezi amplitudami
resp. efektivními hodnotami napětí a proudu:
LXI
U
I
UL
ef
ef
0
0 . (10)
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
13 / 33
Vztah mezi střídavým napětím a proudem v obvodu můžeme znázornit pomocí
fázorů (vektorů, které rotují kolem počátku proti směru hodinových ručiček s úhlovou
rychlostí, která je rovna úhlové frekvenci střídavých veličin a jejichž délka je rovna
amplitudě střídavé veličiny; okamžitá hodnota střídavé veličiny je dána projekcí vektoru
do svislého směru). Pro rezistor jsou napětí a proud ve fázi (jejich fázory mají stejný
směr) – obr. 1a. Na kondenzátoru se napětí opožďuje za proudem (fázor napětí je otočen
vzhledem k fázoru proudu o –/2 ) – obr. 1b. Na cívce napětí předbíhá proud (fázor
napětí je otočen vzhledem k fázoru proudu o +/2 ) – obr 1c.
Obrázek 3 - 1: Fázorové vyjádření napětí a proudu na a) rezistoru, b)
kondenzátoru, c) cívce
Jsou-li součástky v obvodu zapojeny sériově, teče jimi stejný proud a napětí se
vektorově sčítají (na obrázku 2a jsou fázory pro sériově spojený rezistor a kondenzátor).
V případě, že jsou součástky v obvodu zapojeny paralelně, je na nich stejné napětí a
vektorově se pak sčítají proudy (na obrázku 2b jsou fázory pro paralelně spojený
rezistor a kondenzátor).
Obrázek 3 - 2: Fázorové vyjádření napětí a proudu na a) sériově b) paralelně
spojeném rezistoru a kondenzátoru
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
14 / 33
Příkon spotřebiče připojeného na stejnosměrný zdroj je dán součinem proudu,
který spotřebičem teče a napětí, které je na svorkách spotřebiče
P = U. I (11)
Připojí-li se spotřebič na zdroj střídavého napětí, je zapotřebí uvažovat okamžitý
příkon p. Ten je dán součinem okamžitých hodnot proudu i a napětí u
p(t) = u(t ).i (t) (12)
Za předpokladu, že v síti je proud dán vztahem (5) a napětí je fázově posunuté o
,
tUu cos0 (13)
kde U0 a I0 jsou amplitudy obou veličin (maximální hodnoty) a je fázový
posuv napětí vůči proudu.
Střední hodnota výkonu P střídavého proudu během jedné periody je dána
podílem práce vykonané proudem za jednu periodu a periody T.
PTi u dt
T
1
0
(14)
Dosadíme-li sem podle (5) a (13), dostaneme:
coscos.2
00efef IU
IUP (15)
kde ,2
0UU ef
2
0II ef jsou efektivní hodnoty napětí a proudu. Součinitel
cos se nazývá účiník střídavého proudu.
Výkon daný vztahem (15) se nazývá činný a měří se wattmetrem. Součin napětí
Uef a proudu Ief bez ohledu na fázový posuv představuje zdánlivý výkon. Účiník se
musí co nejvíce blížit jedné (cos 1), což je ekvivalentní požadavku, aby fázový
posuv byl co nejblíže nule. Jenom tak je do odporové zátěže libovolného obvodu RLC
přenášen maximální výkon.
V obvodu, ve kterém je ke generátoru harmonického napětí připojena pouze
odporová zátěž (rezistor), je proud a napětí ve fázi, což znamená, že jejich maxima (a
minima) nastanou ve stejných okamžicích. Účiník (cos φ) se v tomto případě rovná
jedné (φ = 0).
Je-li obvod sestaven z kondenzátoru (kapacitní zátěže) a generátoru harmonického
napětí, je fázové posunutí φ = - 90o (cos φ = 0), to znamená, že proud předbíhá před
napětím o čtvrtinu periody, tedy dosahuje maxima o čtvrtinu periody před napětím.
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
15 / 33
Pro formální shodu vztahu mezi amplitudou napětí a amplitudou proudu
s Ohmovým zákonem se zavádí kapacitní reaktance (kapacitance) XC kondenzátoru
vztahem
C
X C
1 (16)
V případě, že ke generátoru harmonického napětí je připojena cívka (induktivní
zátěž), je φ = + 90o, tedy proud je zpožděn za napětím. To znamená, že proud dosáhne
svého maxima o čtvrtinu periody později než napětí.
Zde zavádíme veličinu induktivní reaktance (induktance) XL vztahem
XL = ω L (17)
U sériového RLC obvodu (tedy obvodu, sestávajícího z rezistoru, cívky a
kondenzátoru zapojených v sérii), určuje hodnotu fázového posuvu to, zda má obvod
induktivní charakter (XL > XC, pak fázový posun φ je kladný), nebo charakter kapacitní
(XC > XL, pak fázový posun φ jezáporný). Pro XL = XC je obvod v rezonanci (φ = 0).
V elektrické síti je téměř vždy 0 (převažuje induktance). Je to proto, že vinutí
všech motorů jsou v podstatě cívky. Účiník tedy zlepšíme zařazením kondenzátorů do
obvodu.
Účinnost spotřebiče definujeme jako podíl dodaného příkonu Pd (výkonu
elektrického proudu) a odevzdaného výkonu Po
d
o
P
P (18)
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
16 / 33
4. REVIZNÍ PŘÍSTROJ
PU 194 DELTA 10A
Obrázek 4 – 1: Revizní přístroj PU 194 DELTA 10A
4.1. POUŢITÍ
Přístroj pro revize elektrických spotřebičů PU 194 DELTA je určen pro
měření při revizích elektrických spotřebičů a přenosného ručního nářadí.
Přístrojem lze měřit:
- izolační odpory RISO do 400 MΩ, měřicí napětí 50, 100, 250 a 500 V
- odpor ochranného vodiče RPE do 20 Ω stejnosměrným proudem min.
200 mA (s přepínáním
polarity)
- odpor ochranného vodiče RPE do 1 Ω střídavým proudem 10 A ( pouze
PU194 DELTA 10A)
- unikající proudy (proud ochranným vodičem IPE, náhradní unikající proud
ID, rozdílový proud IΔ)
- dotykový proud IF
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
17 / 33
- síťové napětí UN
- proud odebíraný měřeným spotřebičem IN
- činný příkon P, zdánlivý příkon S a cos ϕ měřeného spotřebiče
- teplotu
- otáčky
Přístroj je vybaven pamětí s kapacitou 1000 naměřených hodnot a umožňuje
jejich přenos do počítače. Zadávání identifikačního osmimístného kódu spotřebiče je
možné z klávesnice nebo pomocí snímače čárového kódu. K rychlému ověření většiny
funkcí přístroje lze použít testovací moduly PD194.1 a PD194.2, které nejsou součásti
dodávky. Verze přístroje PU194 DELTA 10 A umožňující měření odporu ochranného
vodiče střídavým proudem 10A, je označena na štítku přístroje u displeje nápisem 10 A,
a na displeji údajem 10A po zapnutí přístroje.
4.2. KONSTRUKCE PŘÍSTROJE
Přístroj PU194 DELTA je konstruován ve dvojdílném plastovém pouzdru. Po
odklopení víka lze přístroj ovládat pomocí membránové klávesnice. Naměřené údaje se
zobrazují na podsvíceném displeji umístěném ve víku přístroje. Displej umožňuje
zobrazit současně 2 měřené veličiny, jednu z nich i na 40-dílkovém sloupcovém
indikátoru – bargrafu. Bargraf vždy souběžně zobrazuje údaj ze spodní části displeje,
pouze je-li v činnosti jen horní část displeje, pak souběžně zobrazuje údaj z horní části
displeje. Současně s měřenými veličinami jsou zobrazeny jejich symboly, jednotky a
nastavené hodnoty měřicích napětí a proudů (malé číslice v horní části displeje). Pod
displejem jsou umístěny dvě indikační LED diody LIMIT (dvoubarevná červeno-
zelená) a PE (červená).
Vedle displeje jsou umístěna schémata připojení měřeného spotřebiče při
jednotlivých měřeních. Pro připojení měřených spotřebičů je přístroj vybaven jedinou
zásuvkou, která slouží jako napájecí nebo testovací. Spotřebiče bez síťové vidlice lze
připojit měřicími šňůrami (v příslušenství přístroje) ke konektorům K1, L/N, IF a RPE
, umístěným na panelu přístroje. Konektor K2 7-pólový DIN slouží k připojení snímače
teploty PD194.4 (Pt100), sondy otáčkoměru PD194.3 a snímače čárového kódu. Pro
komunikaci s počítačem slouží 9-pólový konektor (RS232).
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
18 / 33
Obrázek 4 - 2: Popis revizního přístroje PU 194 DELTA 10A
4.3. SPUŠTĚNÍ PŘÍSTROJE
Uvedení přístroje do provozu spočívá pouze v jeho připojení k síti pomocí síťové
šňůry z příslušenství přístroje. Po připojení se rozsvítí podsvícení displeje umístěného
ve víku přístroje a rozsvítí se na 2 sekundy všechny segmenty. Poté zůstane na displeji
zobrazen typ měřicího přístroje PU 194. Verze přístroje PU194 DELTA - 10 A,
umožňující měření odporu ochranného vodiče proudem 10A, je označena na štítku
přístroje u displeje symbolem 10 A, a na displeji údajem 10A po zapnutí přístroje.
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
19 / 33
4.4. OVLÁDÁNÍ PŘÍSTROJE
Přístroj PU194 DELTA se ovládá pomocí membránové klávesnice. Ta má 16
kláves, z nichž většina má 2 různé funkce – kromě volby typu měření lze zadávat např.
identifikační číslo měřeného spotřebiče (obdobně jako při použití kalkulačky).
Přístroj PU194 DELTA má 4 provozní režimy:
- režim měření
- režim MEM – práce s pamětí naměřených hodnot
- režim LIMIT – nastavení mezních hodnot
- režim No. – nastavení identifikačního čísla měřeného spotřebiče
4.5. MĚŘENÍ ČINNÉHO A ZDÁNLIVÉHO
PŘÍKONU A ÚČINÍKU
1) Připojte síťovou vidlici spotřebiče do měřicí zásuvky PU194 DELTA.
2) Stiskněte klávesu P, S pro volbu měření činného příkonu P spotřebiče. Na
displeji v dolní části se zobrazí symbol P, hodnota činného příkonu spotřebiče a
jednotka W, nahoře pak účiník cos ϕ. Hodnota příkonu a účiníku se uloží do paměti
stiskem klávesy START.
3) Stiskněte klávesu P, S pro volbu měření zdánlivého příkonu S spotřebiče. Na
displeji v dolní části se zobrazí symbol S, hodnota zdánlivého příkonu spotřebiče a
jednotka VA, nahoře pak účiník cos ϕ . Hodnota příkonu a účiníku se uloží do paměti
stiskem klávesy START. Opakovaný stisk klávesy P, S přepíná měření činného a
zdánlivého příkonu.
Nastavení mezí při měření P, S Nastavuje se pouze horní mez – maximum,
společná pro oba příkony. Od výrobce je nastavena horní mez - maximální hodnota 2
300 W / 2 300 VA. Nastavení jiné hodnoty – viz režim LIMIT – nastavení mezí. Pozn.:
Při tomto měření je na měřicí zásuvce síťové napětí.
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
20 / 33
4.6. KONTROLA PROUDU
ODEBÍRANÉHO SPOTŘEBIČEM
Při měření napětí ULN, proudu IN a výkonů P, S je kontrolováno překročení
proudu odebíraného spotřebičem. Je-li proud větší než 10A, zobrazí se na displeji vlevo
dole výstražný symbol (trojúhelník s vykřičníkem). Pokud proud překročí 16A, je
spotřebič odpojen od napájení a na displeji se zobrazí symbol překročení rozsahu
proudu - nápis OL a symbol IN.
Obrázek 4 - 3: Měření Uln, In, P, S, cos φ, f
Tabulka 4 – 1: Měřící rozsah, měřící napětí, přesnost měření přístroje
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
21 / 33
5. NAMĚŘENÉ HODNOTY
SPOTŘEBIČŮ
Tabulka 5 – 1: Naměřené hodnoty každodenně užívaných spotřebičů
U měřeného notebooku se velikost příkonu měnila v závislosti na činnosti
notebooku, například při spuštění filmu měl tento notebook větší příkon zhruba o 5 W
až 10 W, v tabulce je zapsaná hodnota při odběru minimálního příkonu (prohlížení
internetových stránek, práce v Microsoft Office)
Tabulka 5 – 2: Naměřené hodnoty při nabíjení spotřebičů
Spotřebiče užívané každodenně
Uln [V] f
[Hz] In
[A] f
[Hz] Činný P
[W] cos
φ
Zdánlivý S [VA]
cos
φ
Notebook HP 235,3 50,1 0,18 50,1 31 0,61 52 0,61
Setobox 234 50,1 0,11 50,1 5 0,21 26 0,21
Televize 234 50,1 0,55 50,1 112 0,83 132 0,83
DVD 234 50,1 0,10 50,1 6 0,25 23 0,25
Zářivka (2 trubice 2X 30 W)
235,4 50,1 0,27 50,1 58 0,83 68 0,83
Vysavač Phillips 232 50,2 6,42 50,2 1481 0,98 1493 0,98
Rychlovarná konvice Phillips
229,8 50,1 8,89 50,1 2032 - 1954
0,99 2060 - 1974
0,99
Lednice
motor 1 233,2 50,1 0,81 50,1 138 0,72 190 0,72
motor 2 332,3 50,1 1,59 50,1 271 0,72 384 0,72
Nabíjení spotřebiče
Uln [V]
f [Hz]
In [A]
f [Hz]
Činný P [W]
cos φ Zdánlivý S [VA]
cos
φ
Holící strojek Phillips 235,3 50,1 0,1 50,1 5 0,23 23 0,23
Mobilní telefon Samsung Star 2
223,4 50,1 0,1 50,1 4 0,25 21 0,25
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
22 / 33
Tabulka 5 – 3: Naměřené hodnoty nabíječek naprázdno
Regulátor světla byla měřena při třech režimech provozu, na minimum, na
střední hodnotu a na maximum. Při měření byla použita žárovka Phillips 40 W P45 E14
SES 1000h 405 lumen.
Tabulka 5 – 4: Naměřené hodnoty nabíječek naprázdno
Při změně napětí na regulovatelném zdroji k notebooku naprázdno se jeho
příkon nemění, setrvává stále nulový.
,Regulátor světla, žárovka, časovač
Uln [V] f [Hz]
In [A]
f [Hz]
Činný P [W]
cos
φ
Zdánlivý S [VA]
cos
φ
časovač REV D_63776 bez odběru
231,0 50,1 0,08 50,1 1,0 0,06 19 0,06
Regulátor světla bez odběru
232,4 50,1 0,08 50,1 0,0 0,03 20 0,03
min 231,4 50,1 0,12 50,1 5,0 0,17 28 0,17
1.2 232,2 50,1 0,16 50,1 30 0,83 36 0,83
max 232,2 50,1 0,19 50,1 40 0,87 46 0,87
Nabíječky - naprázdno
Uln [V] f [Hz] In
[A] f
[Hz] Činný P [W]
cos
φ
Zdánlivý S [VA]
cos
φ Sony Ericsson CAA0002002-0V
232,8 50,1 0,08 50,1 0 0,00 - 0,03
18 0,00-0,03
Notebook Adapter Trust 90W
233,1 50,1 0,11 50,1 0 0 26 0
12V až 22V 233,1 50,1 0,11 50,1 0 0 26 0
Fujitsu Simens ACE005A-05
233,1 50,1 0,08 50,1 0 0,00 - 0,03
20 0,00-0,03
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
23 / 33
Tabulka 5 – 5: Hodnoty naměřené při varu vody v rychlovarné konvici, v čase po 5
sekundách.
Rychlovarná konvice Phillips
t [s] P [W] S [VA] cos φ
0 2158 2033 0,99 5 1930 2025 0,99
10 1935 2023 0,99 15 1936 2018 0,99 20 1939 2015 0,99 25 1943 2004 0,99 30 1946 2002 0,99 35 1939 1993 0,99 40 1936 1992 0,99 45 1932 1988 0,99 50 1924 1988 0,99 55 1924 1986 0,99 60 1924 1971 0,99 65 1921 1965 0,99 70 1918 1968 0,99 75 1920 1961 0,99 80 1919 1954 0,99 85 1916 1945 0,99 90 1914 1943 0,99 95 1914 1936 0,99
100 1915 1930 0,99 105 1911 1936 0,99 110 1907 1934 0,99 115 1906 1932 0,99 120 1907 1933 0,99 125 1607 1932 0,99 130 1907 1930 0,99 135 1901 1905 0,99 140 1909 1921 0,99 145 1904 1906 0,99 150 1904 1916 0,99 155 1906 1913 0,99 160 1906 1917 0,99 165 1905 1920 0,99 170 1900 1913 0,99 175 1905 1908 0,99 180 1904 1902 0,99 185 1898 1904 0,99 190 1900 1902 0,99 195 1902 1900 0,99 200 1266 1898 0,06 205 1266 1896 0,03
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
24 / 33
Meření rychlovarné konvice Phillips probíhalo v intervalu po 5 sekundách, jak
pro S tak pro P bylo provedeno několik měření a to bylo následovně zprůměrováno do
jednoho výsledku pro dáný časový interval. Každé měření probíhalo s 1 litrem studené
vody.
Graf 5 – 1: Graf činného a jalového příkonu v závislosti na čase
Z grafu vyplývá, že jalový a činný příkon jsou téměř shodné, největší rozdíly
můžeme pozorovat při sepnutí rychlovarné konvice a po vypnutí při dovaření daného
množství vody. Rozdíl je způsoben odběrem velkého příkonu topným tělesem, které se
musí rychle rozžhavit, po dovaření vody těleso přestává odebírat příkon, tudíž se
konvice vypíná
Z grafu a z naměřených hodnot bylo vypočítáno, že cena ohřevu jednoho litru
vody v této rychlovarné konvici stojí zhruba 0,6 Kč, to se rovná 60 halířů.
Cena je pouze orientační, jelikož záleží i na teplotě vody nalité do této konvice.
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
25 / 33
6. SPOTŘEBA ENERGIE,
VYJÁDŘENÁ V PENĚZÍCH
6.1. VÝPOČET SPOTŘEBY ENERGIE
Nejdříve si zjistěte, jaký má spotřebič příkon. Bývá uveden na štítku spotřebiče,
na žárovce nebo v návodu k použití… Příkon se udává ve wattech (W). Vynásobte ho
počtem hodin, po které je spotřebič zapnutý. Tím získáte spotřebu ve watthodinách
(Wh), případně po vydělení tisíci v kilowatthodinách (kWh), což je jednotka, v níž
uvádí cenu elektřiny rozvodné závody.
Cena elektrické energie se liší podle toho, od jakého dodavatele ji odebíráte,
většinou se však pohybuje okolo 4 - 5 Kč za kWh.
Jak spočítat spotřebu elektřiny si můžeme ukázat na příkladu televize s příkonem 100W,
která je zapnutá 5 hodin denně. Její spotřeba za měsíc je 15.000 Wh neboli 15 kWh (30
dní v měsíci x 5 hodin x 100 W), což při ceně 4,50 koruny za kWh znamená 67,5
koruny za měsíc, čili 810 korun za rok.
6.2. SPOTŘEBA ENERGIE
JEDNOTLIVÝCH SPOTŘEBIČŮ ZA 1
HODINU PROVOZU
Spotřebiče užívané každodenně
kWh Kč za hodinu
Notebook HP 0,031 0,147
Settobox samsung 0,005 0,024
Televize 0,112 0,532
DVD Phillips 0,006 0,029
Vysavač Phillips 1,481 7,03475
Zářivka (2 trubice, 2X 30W) 0,058 0,276
Tabulka 6 – 1: Náklady na 1 kWh spotřebovanou spotřebičem
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
26 / 33
Lednice kWh Kč za hodinu
motor 1 - lednice 0,138 0,656
motor 2 – mrazicí box 0,271 1,287
Tabulka 6 – 2: Náklady na 1 kWh spotřebovanou spotřebičem
Lednice je staršího typu a používá dva na sobě nezávislé motory.
Navíjení spotřebiče kWh Kč za hodinu
Holící strojek Phillips 0,005 0,024
Mobilní telefon Samsung Star 2 0,004 0,019
Tabulka 6 – 3: Náklady na 1 kWh spotřebovanou spotřebičem
U nabíječek bylo zjištěno, že naprázdno neodebírají žádný činný výkon, ale
pouze zdánlivý, z toho vyplívá, že za naprázdno připojenou nabíječku zaplatíme 0 Kč.
Nabíječky - naprázdno kWh Kč za hodinu
Sony Ericsson CAA0002002-0V 0 0
Notebook Adapter Trust 90W 0 0
12V až 22V 0 0
Fujitsu Simens ACE005A-05 0 0
Tabulka 6 – 4: Náklady na 1 kWh spotřebovanou spotřebičem
Z tabulky vyplívá, že samotné adaptéry naprázdno neodebírají žádný činný
příkon, proto nás jejich provoz naprázdno stojí 0 Kč.
Regulátor světla, časovač kWh Kč za hodinu
časovač REV D_63776 bez odběru 0,001 0,005
regulátor světla bez odběru 0 0
minimum 0,005 0,024
v polovině 0,030 0,143
maximum 0,040 0,190
Tabulka 6 – 5: Náklady na 1 kWh spotřebovanou spotřebičem
Z měření a výpočtů regulátoru světla, jsem se dopracoval k výsledku, že je
vhodné užívat regulátory světla, jelikož nám můžou uspořit až polovinu nákladů za
provoz žárovek, protože v mnoha případech svícení postačí pouze polovina osvětlení.
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
27 / 33
Obrázek 6 – 1: Revizní přístroj PU 194 DELTA 10A- vlastní měření
S tímto revizním přístrojem jsem byl velmi spokojený, kvůli jeho všestrannosti,
jednoduchému ovládání, jediné jeho nevýhody jsou rozměry, váha a cena přístroje.
Obrázek 6 – 2: Časovač Obrázek 6 – 3: Regulátor světla
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
28 / 33
6.3. NÁKLADY NA TÝDENNÍ A ROČNÍ
PROVOZ UVÁDĚNÝCH SPOTŘEBIČŮ
X hodin Tyden Kč Rok Kč
Notebook HP 8 8,246 429,970
Setobox 24 3,990 208,050
Televize vypnutá 18 1,197 62,415
Televize 6 22,344 1165,080
DVD 2 0,399 20,805
Zářivka (2 trubice 2X 3W) 8 15,428 804,460
Holící strojek Phillips 0,3 0,050 2,601
Vysavač Phillips 1 49,243 2567,684
Mobilní telefon
Mobilní telefon Samsung Star 2 1 0,133 6,935
Lednice calex
motor 1 12 55,062 2871,090
motor 2 12 108,129 5638,155
Časovač
časovač bez odběru 24 0,798 41,610
Regulátor světla
bez odběru 2 0,000 0,000
minimum 2 0,333 17,338
v polovině 2 1,995 104,025
maximum 2 2,660 138,700
Celková částka v Kč 270,007 14078,917
Tabulka 6 – 6: Náklady na energii za týden a za rok
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
29 / 33
Tabulka poukazuje na nejpoužívanější domácí spotřebiče a na výdaje za jejich
týdenní a roční provoz. Výsledné ceny jsou pouze orientační, protože ne každý
spotřebič je užíván denně 365 dní v roce. Jak lze vyčíst, tak největší spotřebu
v domácnosti tvoří spotřebiče s elektromotory, nebo topným tělesem (například
rychlovarná konvice- není v tabulce uvedena ani započtena).
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
30 / 33
ZÁVĚR
Cílem této praktické práce bylo zpracovat problematiku měření příkonu
elektrických zařízení, což je rozebráno ve třech prvních kapitolách, které se týkají této
problematiky.
Vlastní měření příkonu bylo zřejmě tou nejtěžší částí, protože bylo zapotřebí
získat kvalitní přístroj pro měření příkonu, kterým se nakonec stal revizní přístroj PU
DELTA 194 10A. Přístroj byl pouze zapůjčený na krátkou dobu, tudíž jsem mohl
naměřit jen omezený počet elektrických přístrojů. Všechny tyto měřené přístroje byly
měřeny několikrát kvůli přesnosti měření.
Další součástí práce bylo vyhodnocení naměřených výsledků, které můžete vidět
ve výše uvedených tabulkách. Zpracoval jsem i roční a týdenní náklady na přeměřené
spotřebiče. Nejnákladnější jsou spotřebiče, které obsahují elektromotory, nebo topná
tělesa, naopak nejméně nákladné spotřebiče, obsahují nabíjecí akumulátory.
Dalším úkolem bylo umístit danou problematiku na web, rozhodl jsem se pro
www.webnode.cz kde jsem umístil podstatné informace o této problematice, odkaz na
tyto webové stránky je umístěn v příloze na CD.
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
31 / 33
SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY A
STUDIJNÍCH MATERIÁLŮ
1) http://cs.wikipedia.org/wiki/Elektrický_výkon- Wikipedia otevřená encyklopedie
2) Manuál k reviznímu přístroji PU DELTA 194 10A
3) Učební a výukové materiály VŠB - TU Ostrava
4) Elektrotechnická měření pro 4. ročník SPŠE
5) http://www.jaknapenize.eu/jak-spocitat-spotrebu- Informativní web o úspoře peněz
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
32 / 33
SEZNAM OBRÁZKŮ, GRAFŮ A
TABULEK
Graf 1 – 1: Časový průběh střídavého napětí a proudu v obvodu s rezistorem
Obrázek 1 – 1: Fázorový diagram
Graf 1 –2: Časový průběh střídavého napětí a proudu v obvodu s rezistorem
Obrázek 1 –2: Fázorový diagram
Graf 1 –3: Časový průběh střídavého napětí a proudu na cívce
Obrázek 1 –3: Fázorový diagram
Graf 1 - 4: Okamžité napětí, proudu a výkonu v obvodu střídavého proudu
Obrázek 3 - 1: Fázorové vyjádření napětí a proudu na a) rezistoru, b) kondenzátoru, c)
cívce
Obrázek 3 -2: Fázorové vyjádření napětí a proudu na a) sériově b) paralelně spojeném
rezistoru a kondenzátoru
Obrázek 4 – 1: Revizní přístroj PU 194 DELTA 10A
Obrázek 4 - 2: Popis revizního přístroje PU 194 DELTA 10A
Obrázek 4 - 3: Měření Uln, In, P, S, cos φ, f
Tabulka 4 – 1: Měřící rozsah, měřící napětí, přesnost měření přístroje
Tabulka 5 – 1: Naměřené hodnoty nabíječek naprázdno
Tabulka 5 – 2: Naměřené hodnoty- tlumivka světla, žárovka, časovač
Tabulka 5 – 3: Naměřené hodnoty každodenně užívaných spotřebičů
Tabulka 5 – 4: Naměřené hodnoty při nabíjení spotřebičů
Tabulka 5 – 5: Hodnoty naměřené při varu vody v rychlovarné konvici, v čase po 5
sekundách
Graf 5 – 1: Graf činného a jalového příkonu v závislosti na čase
Tabulka 6 – 1: Náklady na 1 kWh spotřebovanou spotřebičem
Tabulka 6 – 2: Náklady na 1 kWh spotřebovanou spotřebičem
Tabulka 6 – 3: Náklady na 1 kWh spotřebovanou spotřebičem
Tabulka 6 – 4: Náklady na 1 kWh spotřebovanou spotřebičem
Tabulka 6 – 5: Náklady na 1 kWh spotřebovanou spotřebičem
Praktická zkouška z odborných předmětů – Měření příkonu elektrických zařízení
33 / 33
Tabulka 6 – 6: Náklady na energii za týden a za rok
Obrázek 6 – 1: Revizní přístroj PU 194 DELTA 10A- vlastní měření
Obrázek 6 – 2: Časovač
Obrázek 6 – 3: Regulátor světla