Muuntajat ja sähköturvallisuus

Transkriptio

1 OAMK Tekniikan yksikkö LABORATORIOTYÖ 1 Muuntajat ja sähköturvallisuus 1.1 Teoriaa Muuntaja on vaihtosähkömuunnin, jossa energia siirtyy ensiokaamista toisiokäämiin magneettikentän välityksellä. Tavanomaisen muuntajan, kuten esimerkiksi verkkomuuntajan, tärkeimmät tehtävät ovat ensio- ja toisiopuolen galvaaninen erottaminen sekä jännitteen muuttaminen. Ideaalisen muuntajan koko ensiopuolen teho P1 siirtyy toisiopuolen tehoksi P2. kuvan lähde: Wikipedia Ideaalisen muuntajan muuntosuhde m on: m = N1 / N2 = U1 / N1 ja N2 = ensio- ja toisiokäämin kierrosten määrä, U1 ja = ensio- ja toisiojännite Ratkaise tässä kohdassa Tehtävä 1! Suojamuuntajat (suojaerotus-, suojajännitemuuntaja) toimivat samalla periaatteella kuin mikä hyvänsä muuntaja, mutta niiden eristystasoa on parannettu niin, että (hengenvaarallisen) sähköiskun vaara toisiopiiriin kytkettävästä sähkölaitteesta on oleellisesti pienentynyt. Lisäksi suojajännitemuuntajan toisiojännite on pienennetty ihmiselle vaarattomaan arvoon (max 50 VAC). Suojajännitteen nykyinen virallinen termi on pienoisjännite. Suojaerotusmuuntajia käytetään kuormituspiirin erottamiseen syöttävästä sähköverkosta ja maasta, jolloin toisiopuolella ei myöskään ole suojamaadoituksia kuormituspiirissä. Suojaerotusmuuntajan lähtöjännite (toisio) on yleensä yhtä suuri kuin syöttö- eli verkkojännite (ensio). Suojaerotusmuuntaja on yleinen syöttölaite esimerkiksi sähkölaitekorjaamoissa. Niitä voidaan käyttää myös kiinteän verkon pistorasioiden syöttöön. Ratkaise tässä kohdassa Tehtävä 2! Ratkaise tässä kohdassa Tehtävä 3!

2 OAMK Tekniikan yksikkö LABORATORIOTYÖ Muuntajiin tutustuminen Tutustu annettujen muuntajien rakenteeseen. Mitä tietoja saat selville muuntajan arvokilvestä tai tarrasta? Laske selville saatujen tietojen perusteella muuntosuhde. Muuntaja 1: pleksikotelossa oleva muuntaja Muuntaja 2: mustassa kantokahvakotelossa oleva muuntaja Kirjaa selville saadut tiedot ylös tehtäväpaperille. 2. Mittaukset 2.1 Muuntosuhteen mittaaminen Tee alla olevan kuvan mukainen kytkentä muuntajalle1. Syöttö otetaan pöydässä olevasta säädettävästä suojaerotusmuuntajasta. Kytkennässä on kaksi digitaalista yleismittaria, joilla mitataan ensiö- ja toisiojännitettä. Syöttö kytketään muuntajan liittimiin A - B. L Säädettävä syöttöjännite V U1 A käämit a V N B N1 N2 b Ensiöojännite asetellaan mahdollisimman tarkasti vaadittuun arvoon ja toisiojännite mitataan siinä tilanteessa. Muuntosuhde lasketaan erikseen kaikissa viidessä eri tilanteessa. Merkitse tulokset tehtäväpaperin taulukkoon Muuntosuhteen mittaaminen.

3 OAMK Tekniikan yksikkö LABORATORIOTYÖ Suojaerotusmuuntajan toiminta Mittaukset tehdään muuntajalla 1 (pleksikotelo), joka kytkennältään vastaa suojaerotusmuuntajaa. Toisiopuolelle eli välille a-b ei saa kytkeä verkkojännitettä! Toisiopuolelle ei tässä kytketä edes johtimia, ajoittain vain yleismittari. Syöttö otetaan kiinteästä jännitelähteestä, josta löytyy myös suojamaa (PE) liitin, eli pöydän naparuuveista. Syöttöjännite on 230 VAC. L Kiinteä syöttöjännite U1 A käämit a U3 N PE B N1 N2 b U4 U5 Mitataan yksitellen jännitteet U1 U5, jotka on merkitty yllä olevaan kuvaan. Mittaukset tehdään sähkömekaanisella mittarilla AVO8! Kytkennässä pidetään koko ajan jännitteet kytkettynä välillä A B, ja mittarin paikkaa vaihdellaan eri napojen välillä. Merkitse tulokset tehtäväpaperin taulukkoon Suojaerotusmuuntajan mittaaminen. Vastaa tehtäväpaperilla oleviin kysymyksiin Mittaustulosten pohdintaa! 3 Muuntajien tunnuksia Katso sivu 39 tai 40 Piirrä tehtäväpaperille seuraavat tunnukset: 3.1 Minkälainen on suojaerotusmuuntajan tunnus? 3.2 Minkälainen on leikkikalumuuntajan tunnus?

4 OAMK Tekniikan yksikkö LABORATORIOTYÖ 4 Muuntajatehtäviä Tehtävä 1: Muuntajan muuntosuhde on 15, ensiopuolen jännite U1 = 230 V ja ension teho P1 = 200 W. Mikä on toision jännite? Vastaus: = Mikä on toision virta I2? Vastaus: I2 = Tehtävä 2: Yleensä muuntajalla muutetaan jännitettä. Missä tilanteessa on kuitenkin järkevää käyttää muuntajaa, jonka muuntosuhde on 1? Vastaus: Tehtävä 3: Minkälaisella muuntajalla saa muutettua 12 V:n tasajännitteen 5 V:n tasajännitteeksi? Vastaus: Muuntajiin tutustuminen Ensiojännite Toisiojännite Ensiovirta Toisiovirta Teho Muuntosuhde Muuntajan erikoisominaisuus Muuntaja 1 Muuntaja 2

5 OAMK Tekniikan yksikkö LABORATORIOTYÖ 5 Muuntosuhteen mittaaminen Ensiöjännite U1 Toisiojännite Muuntosuhde (laskettu) 15 VAC 50 VAC 100 VAC 150 VAC 230 VAC Vertaa saatuja tuloksia nimelliseen muuntosuhteeseen. Miten hyvin mitatut tulokset vastaavat teoriaa? Suojaerotusmuuntajan mittaaminen Symboli Mikä väli Ensiö vai toisio Mitattu jännite U1 L N ensiö U3 U4 U5 Mittaustulosten pohdintaa Mitä merkitystä suojamuuntajan käytöllä on mittausten perusteella? Mieti asiaa seuraavien kysymysten avulla: - Miten ihmiselle käy, jos se laittaa sormet U1:n mukaiselle välille? hyvin huonosti - Miten ihmiselle käy, jos se laittaa sormet :n mukaiselle välille? hyvin huonosti - Miten ihmiselle käy, jos se laittaa sormet U3:n mukaiselle välille? hyvin huonosti - Miten ihmiselle käy, jos se laittaa sormet U4:n mukaiselle välille? hyvin huonosti - Miten ihmiselle käy, jos se laittaa sormet U5:n mukaiselle välille? hyvin huonosti Ajatellaan tilannetta, jossa suojaerotusmuuntajan toisiopiiriin on kytketty eristysvikainen sähkökoje, esim. pyykinpesukone. Miten tilanne muuttuu verrattuna tilanteeseen, että sama laite olisi kytketty suoraan verkkopistorasiaan, eli L N napoihin? (Oletetaan, että suojaerotusmuuntajan muuntosuhde olisi tässä tilanteessa 1.) Muuntajien tunnuksia suojaerotusmuuntaja leikkikalumuuntaja