Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická Olomouc, Boţetěchova 3 PRAKTICKÁ ZKOUŠKA Z ODBORNÝCH PŘEDMĚTŮ Měření příkonu elektrických 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
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 4 / 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. Poté na část praktickou, na samotné měření příkonu těchto přístrojů, a na vyhodnocení naměřených hodnot. 5 / 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 mají tedy tvar: Rovnice probíhajícího napětí a proudu v obvodu střídavého proud s rezistorem 6 / 33
u = 12.sin (100 t) 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 90 0, tj. o rad: Graf 1 2: Časový průběh střídavého napětí a proudu v obvodu s rezistorem 7 / 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 90 0 : 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. 8 / 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(100 t + i = 0, sin t Předbíhání napětí před proudem zobrazené na fázorovém diagramu: 1 cm 4 V, 1cm 0,4 A Obrázek 1 3: Fázorový diagram 9 / 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 U i I L t 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 10 / 33
2. VÝKON STŘÍDAVÉHO PROUDU Příkon elektrických 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. 11 / 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: Q u( t). (2) C Uvědomíme-li si vztah mezi proudem a nábojem, Q Id t, (3) je napětí na kondenzátoru dáno vztahem 1 u( t) idt. (4) C Pro sinusový průběh proudu platí i I sin t, (5) 0 I u ( t) 0 cos t U 0 sin t. (6) C 2 Napětí na kondenzátoru se tedy opožďuje za proudem o /2 a vztah mezi amplitudami resp. efektivními hodnotami napětí a proudu: U I 0 0 U ef 1 X c. (7) I C ef Napětí na cívce je dáno podle Faradayova zákona elektromagnetické indukce změnou proudu, který cívkou teče: i u( t). (8) t Pro sinusový průběh proudu (5) platí: u ( t) LI0 cos t U 0 sin t. (9) 2 Napětí na cívce se tedy předbíhá před proudem o /2 a vztah mezi amplitudami resp. efektivními hodnotami napětí a proudu: U U 0 ef I I 0 ef X L L. (10) 12 / 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 13 / 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 u U 0 cos t (13) kde U 0 a I 0 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. T 1 P i u dt T 0 Dosadíme-li sem podle (5) a (13), dostaneme: U0I0 P.cos U ef I ef cos (15) 2 U I 0 0 kde U ef, I ef jsou efektivní hodnoty napětí a proudu. Součinitel 2 2 cos se nazývá účiník střídavého proudu. Výkon daný vztahem (15) se nazývá činný a měří se wattmetrem. Součin napětí U ef a proudu I ef 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. (14) 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 = - 90 o (cos φ = 0), to znamená, že proud předbíhá před napětím o čtvrtinu periody, tedy dosahuje maxima o čtvrtinu periody před napětím. 14 / 33
Pro formální shodu vztahu mezi amplitudou napětí a amplitudou proudu s Ohmovým zákonem se zavádí kapacitní reaktance (kapacitance) X C kondenzátoru vztahem 1 X C (16) C V případě, že ke generátoru harmonického napětí je připojena cívka (induktivní zátěž), je φ = + 90 o, 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) X L vztahem X L = 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 (X L > X C, pak fázový posun φ je kladný), nebo charakter kapacitní (X C > X L, pak fázový posun φ jezáporný). Pro X L = X C 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 P d (výkonu elektrického proudu) a odevzdaného výkonu P o P o (18) P d 15 / 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 16 / 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 červenozelená) 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). 17 / 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. 18 / 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. 19 / 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 U ln, I n, P, S, cos φ, f Tabulka 4 1: Měřící rozsah, měřící napětí, přesnost měření přístroje 20 / 33
5. NAMĚŘENÉ HODNOTY SPOTŘEBIČŮ Spotřebiče užívané každodenně U ln [V] f [Hz] I n [A] f [Hz] Činný P [W] cos φ Zdánlivý S [VA] 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 235,4 50,1 0,27 50,1 58 0,83 68 0,83 2X 30 W) Vysavač Phillips 232 50,2 6,42 50,2 1481 0,98 1493 0,98 cos φ Rychlovarná konvice Phillips Lednice 229,8 50,1 8,89 50,1 2032-1954 0,99 2060-1974 0,99 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 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) Nabíjení spotřebiče U ln [V] f [Hz] I n [A] f [Hz] Činný P [W] cos φ Zdánlivý S [VA] Holící strojek Phillips 235,3 50,1 0,1 50,1 5 0,23 23 0,23 cos φ Mobilní telefon Samsung Star 2 223,4 50,1 0,1 50,1 4 0,25 21 0,25 Tabulka 5 2: Naměřené hodnoty při nabíjení spotřebičů 21 / 33
Regulátor světla, žárovka, časovač U ln [V] f [Hz] I n [A] f [Hz] Činný P [W] cos φ Zdánlivý S [VA] cos φ časovač REV 231,0 50,1 0,08 50,1 1,0 0,06 19 0,06 D_63776 bez odběru Regulátor 232,4 50,1 0,08 50,1 0,0 0,03 20 0,03 světla bez odběru 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 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. Nabíječky - naprázdno Sony Ericsson CAA0002002-0V U ln [V] f [Hz] I n [A] f [Hz] Činný P [W] cos 232,8 50,1 0,08 50,1 0 0,00-0,03 φ Zdánlivý S [VA] cos φ 18 0,00-0,03 Notebook 233,1 50,1 0,11 50,1 0 0 26 0 Adapter Trust 90W 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 Tabulka 5 4: Naměřené hodnoty nabíječek naprázdno Při změně napětí na regulovatelném zdroji k notebooku naprázdno se jeho příkon nemění, setrvává stále nulový. 22 / 33
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 Tabulka 5 5: Hodnoty naměřené při varu vody v rychlovarné konvici, v čase po 5 sekundách. 23 / 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. 24 / 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 kwh Kč za hodinu každodenně 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 25 / 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. 26 / 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 27 / 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 28 / 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). 29 / 33
ZÁVĚR Cílem této praktické práce bylo zpracovat problematiku měření příkonu elektrických, 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. 30 / 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 31 / 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 U ln, I n, 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 32 / 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 33 / 33