Βελτίωση του Συντελεστή Ισχύος (συν φ)
Προαπαιτούμενες Γνώσεις
Βασικές έννοιες εναλλασσόμενου ρεύματος
Νόμος του Ohm σε AC κυκλώματα
Έννοια φάσης και διανυσματική αναπαράσταση μεγεθών
Υλικά και Όργανα
Πηγή εναλλασσόμενης τάσης
Αντίσταση (R)
Πηνίο (L)
Πυκνωτής (C)
Πολύμετρο
Καλώδια σύνδεσης
Διερευνητικά Ερωτήματα
Τι συμβαίνει στην κατανάλωση ρεύματος όταν στο κύκλωμα προστίθεται πηνίο;
Γιατί ενώ αυξάνεται το ρεύμα, η ενεργός ισχύς δεν αυξάνεται αντίστοιχα;
Πώς μπορεί να μειωθεί η άεργη ισχύς χωρίς να αλλάξει το φορτίο;
Οι μαθητές καλούνται να διατυπώσουν αρχικές υποθέσεις.
Πειραματική Διαδικασία
Φάση Α: Μελέτη κυκλώματος R–L
Συνδέστε την αντίσταση και το πηνίο σε σειρά με την πηγή AC.
Μετρήστε τάση, ρεύμα και ισχύ.
Υπολογίστε τον συντελεστή ισχύος.
Καταγράψτε παρατηρήσεις.
Φάση Β: Προσθήκη Πυκνωτή (Αντιστάθμιση)
Συνδέστε πυκνωτή παράλληλα στο φορτίο.
Επαναλάβετε τις μετρήσεις.
Συγκρίνετε τις τιμές πριν και μετά την αντιστάθμιση.
Φύλλο Καταγραφής Μετρήσεων
Ανάλυση – Συμπεράσματα
Πώς μεταβλήθηκε ο συντελεστής ισχύος με την προσθήκη του πυκνωτή;
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
Να συγκρίνετε τις μετρήσεις στα τρία όργανα πριν και μετά την αντιστάθμιση. Ποια από αυτά δείχνουν το ίδιο και ποια όχι;
Τεκμηριώστε την απάντησή σας.
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
Ποια ήταν η επίδραση στο ρεύμα γραμμής;
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
Επιβεβαιώθηκαν οι αρχικές υποθέσεις;
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
Επέκταση – Αναστοχασμός
Πού συναντάμε στην πράξη χαμηλό συντελεστή ισχύος;
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
Γιατί οι βιομηχανίες χρησιμοποιούν συστοιχίες πυκνωτών;
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
Ποιες είναι οι οικονομικές και ενεργειακές συνέπειες;
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
Γιατί σε ορισμένους καταναλωτές εμφανίζονται άεργα φορτία;
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
Σημείωση: Για την πραγματοποίηση της εργαστηριακής άσκησης θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί το κύκλωμα του λαμπτήρα φθορισμού
Αξιολόγηση
Η αξιολόγηση βασίζεται:
Στη συμμετοχή στη διερεύνηση
Στην ορθότητα μετρήσεων και υπολογισμών
Στην ποιότητα των συμπερασμάτων και του αναστοχασμού
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ
Σκοπός της Άσκησης
Οι
μαθητές/τριες
διερευνούν
την
έννοια
του
συντελεστή
ισχύος
(συν
φ),
τους
λόγους
για
τους
οποίους
είναι
σημαντικός
στα
ηλεκτρικά
κυκλώματα
εναλλασσόμενου
ρεύματος
και
τους
τρόπους
βελτίωσής
του
με
τη
χρήση
αντιστάθμισης άεργης ισχύος.
Μαθησιακοί Στόχοι
Με την ολοκλήρωση της άσκησης οι μαθητές θα μπορούν:
Να
εξηγούν
την
έννοια
της
ενεργού,
άεργης
και
φαινόμενης
ισχύος.
Να
ορίζουν
και
να
υπολογίζουν
τον
συντελεστή
ισχύος
(συν
φ).
Να
αναγνωρίζουν
τις
επιπτώσεις
χαμηλού
συντελεστή
ισχύος.
Να
πειραματίζονται
με
μεθόδους
βελτίωσης
του
συντελεστή ισχύος.
Να
εξάγουν
συμπεράσματα
μέσω
μετρήσεων
και
παρατηρήσεων.
Χρησιμοποιώντας
το
βολτόμετρο
και
το
αμπερόμετρο
μπορείται
να
υπολογίσετε
την
φαινόμενη
ισχύ.
Με
το
βαττόμετρο μπορείτε να υπολογίσετε την πραγματική ισχύ.
Γνωρίζοντας
Φαινόμενη
και
Πραγματική
ισχύ,
μπορείτε
να
υπολογίσετε τον συντελεστή ισχύος.
Πρακτικές εφαρμογές βελτίωσης συνφ
1. Μείωση χρεώσεων από τον πάροχο ηλεκτρικής ενέργειας
Οι εταιρείες ηλεκτρισμού επιβάλλουν ποινές όταν ο
συντελεστής ισχύος είναι χαμηλός.
Με αντιστάθμιση άεργου ισχύος (π.χ. πυκνωτές),
αποφεύγονται πρόσθετα τέλη.
Πολύ σημαντικό για βιομηχανίες και μεγάλα καταστήματα.
2. Μείωση ρεύματος στις γραμμές
Για ίδια ενεργό ισχύ, μικρότερη άεργος --> μικρότερο
ρεύμα.
Άρα:
λιγότερες απώλειες Ι
2
R
μικρότερη θέρμανση καλωδίων και μετασχηματιστών
3. Αύξηση διάρκειας ζωής εξοπλισμού
Λιγότερο ρεύμα σημαίνει:
μικρότερη θερμική καταπόνηση
λιγότερες βλάβες σε κινητήρες, μετασχηματιστές, καλώδια
4. Καλύτερη εκμετάλλευση της εγκατεστημένης ισχύος
Ελευθερώνεται «χωρητικότητα» σε:
μετασχηματιστές
γεννήτριες
πίνακες διανομής
Επιτρέπει την προσθήκη νέων φορτίων χωρίς αναβάθμιση
εξοπλισμού.
5. Σταθερότερη τάση στο δίκτυο
Η μείωση άεργου ρεύματος μειώνει τις πτώσεις τάσης.
Σημαντικό για:
ευαίσθητο ηλεκτρονικό εξοπλισμό
αυτοματισμούς
6. Ενεργειακή αποδοτικότητα & περιβαλλοντικά οφέλη
Λιγότερες απώλειες --> μικρότερη συνολική παραγωγή
ενέργειας.
Έμμεση μείωση εκπομπών CO
2
.
7. Βελτίωση ποιότητας ισχύος
Συνδυάζεται συχνά με:
φίλτρα αρμονικών
αυτοματοποιημένες συστοιχίες πυκνωτών
Ιδιαίτερα χρήσιμο σε εγκαταστάσεις με inverter, UPS, VFD.
Παραδείγματα εφαρμογών
Βιομηχανικοί ηλεκτροκινητήρες
Ανελκυστήρες
Κλιματισμός (HVAC)
Μεγάλες μονάδες φωτισμού
Data centers
Πως συνδέεται το Βαττόμετρο
Τα
βατόμετρα
είναι
ηλεκτροδυναμικά
όργανα
και
χρησιμοποιούνται
στο
συνεχές
και
στο
εναλλασσόμενο
ρεύμα.
Αποτελούνται
από
δύο
πηνία.
Το
ένα
είναι
σταθερό
(πηνίο
έντασης)
με
λίγες
σπείρες
και
χοντρό
σύρμα
και
το
άλλο
κινητό
(
πηνίο
τάσης)
με
πολλές
σπείρες
και
λεπτό
σύρμα.
Το
πηνίο
τάσης
κινείται
μέσα
στο
σταθερό
πηνίο
της
έντασης
και
στον
άξονα
του
έχει
τον
δείκτη.
Το
πηνίο
έντασης
συνδέεται
σε
σειρά
στο
κύκλωμα
και
το
πηνίο
τάσης συνδέεται παράλληλα.
