[전기기기 및 실험] 교류 단상 및 3상회로의 전력과 역률 측정

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목차

전기기기 및 실험 - 교류 단상 및 3상회로의 전력과 역률 측정

1. 실험목적

2. 장비 및 부품

3. 준비지식
1) 전력이란? 역률이란?
2) 단상교류의 전력과 역률 계산법
3)3상교류 전원의 전력과 역률 계산법
4) 단상 및 3상 전력측정 회로 결선법

4. 실험
(1) 단상 전력 및 역률 측정
(2) 3상 전력 및 역률 측정

5. 고찰

6. 실험후기

본문내용

회로
[1] Y결선 불평형부하의 회로
① 선전류 : 3상 교류회로에서 단자로부터 유입 또는 유출되는 전류
② 상전류 : 3상 교류회로에서 각 상에 흐르는 전류
[2] △결선 불평형부하의 회로
① 상전류의 크기 : , ,
(5) 3상 전력
[1] 3상 전력
: P=Pa +Pb +Pc [W]- 평행부하인 경우 P=3Pp[W]
[2] 평형 3상회로의 전력
① 3상 전력 :
② Y결선시의 전력 : 에서 ③ △결선시의 전력 : 에서
[3] 피상전력과 무효전력
① 피상, 무효, 유효전력
a. 피상전력 : b. 무효전력 : c. 유효전력 :
② 3상전력사이의 관계 : 피상전력 :
[4] 3상전력의 측정
① 1전력계법 : P=3P1 [W]② 2전력계법 : P=P1 +P2 [W]③ 3전력계법 : P=P1 +P2 +P3 [W]평형회로는 물론 불평형 회로도 정확하게 측정이 가능.
◎성형 결선(star connection, Y결선)
그림과 같이 3상 기전력 Ea, Eb, Ec의 각상에 Z∠0의 임피던스 부하를 접속하고 O-O'의 선(중성선)을 한 선으로 모아 결선하는 방법을 3상 4선식이라 한다. 또 이 중성선에는 Ia, Ib, Ic의 전류가 흐르게 되는데 방향이 모두 같고 각각 120°의 위상차가 있으므로 Ia+Ib+Ic=0이 되어 중성선에는 전류가 흐르지 않게 된다. 즉 중성선을 생략해도 된다. 이와 같이 중성선을 생략한 연결법을 3상 3선식 성형결선이라 한다. 우리 나라의 교류전원은 120°의 위상차를 가지는 평형 3상으로 발전하고 있으며 일반적인 송전선로는 3상 3선식을 채택하고 있다. 여기서
3각 결선(delta connection, Δ결선)
그림과 같이 전원과 부하를 연결하는 방법을 3각 결선(Δ결선)이라 한다.
여기서
평형 3상회로의 전력
평형 3상 회로의 전력은 상이 3개이므로 1상 전력의 3배가 된다. Y결선과 Δ결선에 관계없이 같다.
4. 실험
(1) 단상 전력 및 역률 측정
A. 와트미터를 회로에 연결한다.
B. 부하를 3단계로 가변하면서 전압, 전류, 전력을 측정하고 역률을 계산한다.
단상
전압
저항
전류
전력
역률
R1
R2
Rt
I1
I2
It
P1
P2
Pt
이론치
223.8
-
-
-
9.73
4.97
14.53
2177.54
1112.29
3251.81
1
실측치
223.8
23
45
15.4
9.09
4.71
13.34
1857
1018
2657
1
오차(%)
-
-
6.58
5.23
8.19
14.7
8.48
18.3
-
전체저항(RT) :
∴ RT = 15.4
(2) 3상 전력 및 역률 측정
A. 3상전력계를 회로에 연결한다.
B. 3상전력과 역률을 측정한다.
3상
전압
전류
전력
역률
V1
V2
Vt
I1
I2
It
이론치
-
-
224.5
-
-
0.58
135.32
0.6
실측치
225.0
226.4
225.7
0.68
0.71
0.695
유효
50[w]
0.2
무효
270[VAR]
오차(%)
-
-
0.53
-
-
19.8
7.98
66.6
<계산치 : 54.34[w]>
*전력(이론값) :
*퍼센트오차[%] :
5. 고찰
첫 번째 실험은 단상회로 실험으로 와트미터를 이용하여 회로의 전력 및 저항, 전류를 측정
하는 실험이였다. 실험시 사용한 와트미터는 저항, 전력, 전압, 전력을 모두 측정가능한 장
비로 매우 유용하게 쓰였다. 단상회로에서는 전압과 저항을 측정하여 전류의 이론값을 구할수 있고 이 이론값을 와트미터를 이용한 실측치와 비교할수 있고
이 회로에서 역률의 값을 알지 못하므로 cos값을 1이라고 두고 전력을 구할 수 있다. 여기서 전압과 전류사이의 위상차는 0으로 역률이 1이 되어, 역률개선이 필요가 없다. 그러나 전력의 이론치와 실측치를 비교해봤을 때 오차가 조금 많이 발생했다. 오차의 이유를 추정해봤을 때 우리가 부정확하게 쟀을수도 있을 것이다. 왜냐하면 와트미터로 전력을 잴 때 홀드스위치를 눌러야하는데 이때 홀드스위치를 너무 빨리 눌려서 전력값이 잘못측정 될수도 있어서 오차가 커진것일수도 있다.
두 번째 실험에서는 전력계를 이용하여 3상회로의 전력 및 역률을 측정하는 실험으로 상전압과 선간 전압사이에는 배의 차가 생기고 그 이유는 선간전압이 상전압보다 만큼 앞서기 때문에 차가 생기는 것이다. 우리는 실험에서 역률를 0.2로 구할수 있었다. 이론치는 0.6으로 오차가 66.6%로 정도 차이가 났지만 이론치의 유효전력이 50[w]로 실험치의 유효전력(54.34[w])과 크게 차이가 나지않았다. 즉 3상회로의 전력을 구할때에는 실제 측정가능한 선전압, 선전류로 구하는 것이다. 따라서 실험시 측정한 선간전압과 선전류 그리고 역률을 고려해야 3상회로의 전력을 구할수 있다.
6. 실험후기
이번 실험은 테마7번으로 교류단상회로 및 3상회로의 전력과 역률을 측정하는 것으로 지난 학기때 배운 기초전기전자 과목을 떠올리며 실험을 하였다. 단상회로는 이해하기 쉽지만 3상회로의 전력측정이나 결선 방법등 실험 전 준비지식을 습득하고 갔으나 어려운 부분이 없지않아 있었다. 그 이유는 우리들은 예전부터 직류에 관해 많이 듣고 배우며 학습을 했지만 교류쪽은 깊히 배우지 않아서 생소했다. 첫 번째 실험에서 와트미터로 전체저항을 잴 때 저항에 연결된 선을 교차시켜 와트미터로 재야 전체 저항값을 측정할 수 있는데 우리조는 교차시키지 못해 많은 시간을 낭비한 점이 조금 아쉽다. 그리고 단상회로의 전력측정시 오차가 많이 발생하여 걱정을 많이했다. 교수님께서 “전기는 거짓말을 하지않는다.”라고 말씀을 하셨기 때문에 우리조는 정확히 측정하였다고 생각한다. 두 번째 실험에서는 3상회로의 결선에 대해 자세히 알 수 있었고 역률에 대해 무슨 의미를 갖는지 알수 있었다. 실험한 전동기는 Y결선으로 전력의 식은 이다.
여기서 역률로 인해 전력의 차가 발생할 텐데 역률이 1에 가까울수록 전력을 효율이 분명 좋을 것이다. 그러나 실측치의 역률이 0.2로 차이가 좀 발생하므로 내 생각으로는 전동기의 주변 부하들을 보정한다면 보다 더 높을 효율을 얻을수 있지 않을까 생각한다. 왜냐하면 역률개선에 의해 전기요금의 변동이 클것이기 때문이다.

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