OK
två diagram där övre har två sinusspänningar (röd och blå) som ligger exakt i fas och multiplicerar man dessa i varje tid så får man momentan effekt som motsvarar den svarta kurvan - i en elmekanisk mätare så motsvarar den svarta kurvan momentet som försöker få skivan att snurra - det är alltså pulserande moment 100 ggr i sekunden. den undre diagrammet motsvarar integreringen av svarta övre kurvan
då jag använder 1 Volt AC som röda kurvan och 1 Ampere AC som blåa kurvan så ser man när båda är som högst så är spänningen 1.4142 Volt och följaktligen också strömmen är 1.4142 Ampere om det hade kopplats över 1 Ohm motstånd och tar man 1.4142 Volt *1.4142 Ampere = 2 Watt - dvs. det motsvarar 2 Watt momentan utveckling i motståndet. Väntar man tid av 5 ms eller motsvarande 90 grader så är både spänning och ström 0 och ingen effekt utvecklas i motståndet - för att motståndet skall värmas med en Watt i genomsnitt med växelström så måste växelströmmen trycka på med mer effekt vid spänningstoppen för att kompensera den tiden som effektavgivningen är mindre än 1 Watt i närheten av spänningsnollgenomgången.
Den undre kurvan visar integrering av den svarta kurvan - det motsvarar den faktiska effekten som har givits till motståndet och i det här fallet motsvarar uppvärmning. Man ser på kurvan att den är lite vågig och beror på att mer effekt avges när spänningen på växelströmmen är som högst men ingen höjning alls vid nollgenomgången - i den elmekaniska elmätaren så motsvarar det den biten som skivan snurrat då den hela tiden bromsas. i diagrammet så ser man att man nått värdet 0.1 Watt efter 100 ms - vilket motsvarar 1 Watt efter 1 sekund om man förlängde kurvan.
nästa bild
Här har man kopplat en last som är resistiv och induktiv med impedansen 1 Ohm (skulle kunna göras med en motstånd av 0.7071 Ohm resistans och en drossel på 2.25 mH i serie)
växelspänningen är fortfarande 1 Volt AC, mäter man strömmen så är det fortfarande 1 Ampere - men mäter man hur mycket värme lasten avger så är det bara 0.7071 Watt.
man ser att den röda och blåa kurvan är förskjuten gentemot varandra (45 grader) pga. lastens egenskaper vilket gör att när spänningen är som högst så är inte strömmen som högst längre - den har inte hunnit fullt upp i styrka ännu pga. trögheten i drosseln och strömmaximum kommer lite senare när spänningen har börjat sjunka en del - tittar man på momentana produkten av ström och spänningen så ser man att kurvan går under 0-värde och är en kort stund negativ. - och det är precis vad det gör - drosseln skickar tillbaka energi till generatorn i korta perioder och i genomsnitt så drar lasten fortfarande effekt, men mindre trots att ström och spänningen är samma som innan - på elektromekaniska elmätaren så drar det fortfarande pulser i ena riktningen så att skivan vrider sig, men i varje puls så drar moment åt andra hållet en kort tid och på så sätt bromsar skiva - vilket gör att den går bara med 0.7071 av farten som den hade när den matade den rena 1 Ohms motståndet - skivans vridning är exakt den kvantitet som motsvarar värmebildningen i motståndet som nu är bara 0.7071 Watt. Den här lasten har en effektfaktor av cos(fi)=0.7071 - mycket vanligt värde för märkeffekt på en elmotor.
nästa bild
Här har man kopplat in en perfekt induktans utan förluster - det skulle kunnat vara en olastad elmotor om den hade varit ideal, men i praktiken har även dom har lite förluster
systemet drar fortfarande 1 Ampere vid 1 Volt växelström och impedansen är fortfarande 1 Ohm och detta skulle kunna simuleras med en supraledande drossel på 3.8 mH
Tittar man på den momentana effekten så har dess kurva centrerats kring 0 - det är lika mycket negativ som positivt effekt (svarta kurvan) och gör man medelvärde av detta (integrering. se diagram 2) så förbrukar det ingen effekt - all effekt som kommer från generatorn skickas tillbaka till generatorn igen med 5 ms fördröjning - det enda man gör är att värma sladdarna mellan lasten via kraftledningarna till generatorn och dessutom belägger generatorns lindningar med ström som inte kan säljas till annan kund som faktiskt betalar för sig. skivan på elmekaniska elmätaren får lika starka momentknuffar i vardera riktning vilket innebär att skivan bara darrar mikroskopiskt fram och tillbaka - den snurrar inte.
Nu ligger den momentana effekten mestadels under noll vilket indikerar att vi exporterar effekt till elsystemet - tex. har man asynkronmotor som generator i en vindsnurra vid sin märklast så kan det se ut så här. Impedansen är fortfarande 1 Ohm och energiutvecklingen är -0.7071 Watt (kallas också för negativ motstånd vid teori och simulering) då den avger energi istället för att förbruka) dvs. lasten motsvarar ekvivalent en negativ motstånd på 0.7071 Ohm och en drossel på 2.25 mH i serie. En generator kan betraktas som negativ motstånd då den förbrukar mekanisk arbete och gör det till elektricitet. Förstärkare i kretsar betraktas också som negativa motstånd och det som är känt med negativa motstånd sittande i reaktiva system är att de tillsamman med andra negativa motstånd (läs andra vindsnurror) har lätt att hitta lägen där det kan gå i självsvängning och det inte är tillräckligt isolerat mellan delarna (läs måste ha styvt nät som kan absorbera effekterna utåt i nätet istället för att skicka effekterna mellan generatorerna i vindsnurror) - dom som håller på med radio och slutsteg slåss med det här hela tiden då när det självsvänger så brukar saker gå sönder...
skivan på en elmekanisk elmätaren går nu åt andra hållet om den inte är spärrad och minska på det registrerade beloppet, det här gillar inte kraftbolagen alls då de inte vill köpa energin till samma pris som de tidigare har sålt till dig genom att minska beloppet på din egen mätare för att att den snurrar baklänges. därför tvingar man kunden med vindgenerator som är kopplad till elnätet att sätta två elmätare, den ena som visar förbrukningen när vindsnurran inte är igång och högt elpris - den andra som visar överskottet som går ut som som vindsnurreägaren bara får blygsamt betalt för.
Så kan det se ut vid större vindgeneratorer där man har faskompenserat generatorn och/eller hos kunden (bör göras så lokalt, nära reaktiva källan som möjligt) så att den inte drar onödigt med reaktiv ström utan all ström som levereras blir värme eller nytta hos någon annan kund på elnätet.
Här har man överkompenserat vindgeneratorn med för stor kondensatorbatteri - impedansen börja bli kapacitiv och med den här uppsättningen så är impedansen 1 Ohm resistansen fortfarande negativ och avger energi med resistansen -0.7071 Ohm med 0.7071 Watt till elnätet och kapacitansen i serie är på 4.5 mF. överkompensering kapacitiv gör man också när man försöker göra 3-fas motorer till fristående generator utan inkoppling till elnätet och då använder man den 'negativa resistansen' som egenskap att hålla igång svängningen mellan kondensorbatteriet och induktansen som finns i motorn så att magnetiseringen bibehålls i rotorn - mycket ström går åt att hålla en sådan motor magnetiserad vilket innebär att man kan ta ut bara ca 1/3-del av motorns märkeffekt och man får vara noga att inte koppla in andra motorer där dess induktiva last kan göra att kapacitiva överkompenseringen försvinner då en del kapacitans går år att kompensera för den nyss inkopplade motorn...
Elmekaniska mätaren backar fortfarande men börja ha pulser frammåt igen som bromsar skivan och den registrerar bara -0.7071 Watt/timme
Nu har man kommit till en läge som motsvarar att koppla en (ideal) kondensator rätt över anslutningen i den här uppsättningen 3.1 mF för 1 Ohm impedans, strömmen är fortfarande 1 Ampere vid 1 Volt växelström och man ser på den svarta kurvans momentana effekt att effekten studsar mellan kraftverken och förbrukaren med samma belopp, all effekt som kommer in skickas ut igen. och elektromekaniska elmätarens skiva står bara och darrar precis som vid fallet med ideal drossel.
Samma läge som andra bilden men här är impedansen är komplex kapacitiv med 1 Ohm - resistansen är nu 'vanlig resistans' igen som omvandlar ström till värme/nytta med resistansen av 0.7071 Ohm i serie med en kondensator på 4.5 mF. Man ser på momentana effekten att man fortfarande skickar tillbaka lite effekt till kraftverket men på undre kurvan som pekar uppåt så förbrukar man mer energi än det som skickas tillbaka - elmekaniska elmätaren snurrar framåt med med mindre pulser åt andra hållet som bromsar skivan lite precis som i fallet med lastad elmotor.
Switchad strömförsörjning som i energisparlampor har allt som oftast en likriktarbrygga och en resovarkonding innanför. Är spänningen låg så blockerar dioderna och lasten märks inte och gör ingen fasförskjutning på strömmen - när spänningen är så hög att dioderna öppnar - då ser elnätet resovarkondingen som en ganska stor kapacitiv last och det rusar in ström - men då dioderna är öppna bara kort tid kring när spänningen är som högst så blir det ingen stor fasförskjutning om man mäter över hela perioden - därför visar en sådan last alltid bra cos(fi)-faktor trots att strömstötarna kanske är 5 ggr så höga när dioderna väl börja leda än om strömmen matades in i switchardelen i sinusform. Därför kan cos(fi) vara väldigt nära 1 medans PF som i senare definitioner också tittar på starka strömpulsen vid spänningstoppen ge ett värde runt 0.5 för en energisparlampa - ledningen nyttjas inte optimalt då det inte leder ström en stor del av perioden och när strömmen väl sätter igång så är värdet högt vilket gör att förlusterna blir högre i distributionen än om det matades med sinus och med ström mest hela tiden
Det är just denna korrektion som tvingas på större switchade nätaggregat över 200Watt där man oftast måste stoppa in en PF-krets (passiv med filter och Drosslar eller aktiv switcharkrets som pumpar in effekt även när spänningen är låg i perioden) som gör att strömmen dras i hyffsad sinusform.
---
Ovanstående bevisar också att man måste ha 4-kvadrant multipikator som multiplicerar i varje tid mellan ström och spänning efter periodenveloppen och man integrerar momentaneffekten över tid - momentaneffekten som kan vara negativ kortare eller längre tid och skickar tillbaka lite av effekt till elleverantören vid reaktiv last även om genomsnittet mätt över en längre period (> 1 period av växelströmmen) visar att lasten förbrukar effekt.
Det här gjorde man med elektromagneter i elmekaniska mätaren utan en enda lite kiselbit, med ganska hög bandbredd för att kunna ta övertoner och mycket hög dynamik, för här har man ingen sampelbrus eller begränsad bitupplösning att ta hänsyn till - det har tagit lång tid att fixa motsvarande elektroniska elmätare då kraven på dynamik (>= 16 bitar) för att klara låga strömmar och höga strömpulser som laster med hög crestfaktor samt snabb samplingstakt i två kanaler samtidigt för att räkna in tillräckligt många övertoner.
---
När det gäller energianvänding där lysrör oavsett drivs med HF-don eller drossel så får man minst 5 ggr mer ljus per Watt än glödlampa, men det hindrar inte att allt för många energisparlampor på samma ställe kan ge problem av olika slag - det är ju bara att titta på hur sinusvågen ser ut på uttaget med oscilloskop och högspänningsprob - brukar vara ganska rejält tillplattat idag och detta beror inte på dom större moderna switchade aggregaten då dessa är påtvingade att använda PFC-kretsar.
Problemet med övertoner är att dessa är inte lika lätta att få bort som med reaktiv effekt som enkelt kompenserades med en avpassad kondensator.
gäster: 727
dolda: 0
användare: 0