Seuraa 
Viestejä12
Liittynyt25.3.2012

 

Vaihtovirrallahan virran suunta ja suuruus, sekä jännitteen napaisuus ja suuruus muuttuvat ajan funktiona. Jonkinlaisena esimerkkinä tästä voidaan käyttää vaikkapa sahaa, kun sahaa liikutellaan edestakaisin laudan päällä tekee se työtä ja lopulta lauta poikkeaa. Nykyiset kWh-mittarit mittaavat kumpaankin suuntaan, eli verkosta otettua ja verkkoon syötettyä tehoa. Virran suunta muuttuu verkossa edestakaisin ja resistiivisellä kuormalla P=UI, joten kuinka voidaan mitata onko tehoa kulutettu vai syötetty verkkoon?

Sivut

Kommentit (33)

korant
Seuraa 
Viestejä8326
Liittynyt16.12.2013

Itse asiassa hetkellisen tehonkin suunta muuttuu, jos virralla ja jännitteellä on vaihe-eroa. Kun kuorma on puhtaasti resistiivinen hetkellinen tehokin virtaa molemmilla puolijaksoilla vastukseen. Jos kuorman on häviötön kondensaattori, hetkellinen teho virtaa edestakaisin ladaten ja purkaen kondensaattoria jatkuvasti. Teho on keskimäärin nolla mutta tuo edestakaisin virtaava energia on sitä loistehoa, mitä kondensaattori ottaa.

Teho- ja kWh-mittarit reagoivat hetkellisen tehon keskiarvoon eli tunnistavat kyllä tehon suunnan.

Vaihtovirralla teho P = UI·cosφ, jossa φ on virran ja jänitteen välinen vaihe-ero. Kun se ylittää 90° tai alittaa -90° on vaihtovirran teho negatiivinen eli suunta on vaihtunut oletussuunnasta vastakkaiseksi.

efead
Seuraa 
Viestejä12
Liittynyt25.3.2012

Kiitos vastauksesta!

Kysymykset jatkuu, otetaan esimerkki:

Olipa kerran jännitteinen johdin jakorasiassa, jonka perässä oli 1kW resistiivinen kuorma. Tiedossa ei ollut kummasta suunnasta johdinta syötetään. Johtimessa kulkee virta P/U=I -> 1kW/230V=4.35A

Samaa virtaa näyttää myös pihtivirtamittari, joka mittaa johtimen virran magneettikentän avulla, ja mittaus tapahtuu johtimen ympäriltä kontaktittomasti.
Kysymys kuuluukin, voidaanko johtimesta mitata tehon suunta jonkinlaisella mittalaitteella kontaktittomasti? Sähkövirtahan luo ympärilleen pyörteisen magneettikentän, jonka kenttäviivat kiertävät johtimen ympäri. Esimerkiksi jos virta kulkisi johtimessa alhaalta ylöspäin, olisivat kenttäviivat myötäpäivään. Vaikka magneettikentän suunnan saisikin mitattua, tämä ei toimisi vaihtovirralla, koska virta sykkii edestakaisin ja samaan tahtiin pyörteisen magneettikentän suuntakin muuttuu? Olisiko fysiikan lakien mukaan vaihtovirralla edes mahdollista kehittää pihtivirtamittari tyylistä ratkaisua, joka näyttäisi virran suunnan?

ovolo
Seuraa 
Viestejä6122
Liittynyt7.7.2007

Tuo vastusesimerkki on sikäli huono, ettei vastus pysty syöttämään tehoa verkkoon päin. Eli tehon suunta kyseisessä esimerkissä on aina vastukseen päin.

Mutta tottakai johdosta pystyy määrittelemään langattomasti, mihin suuntaan teho kulkee. Kyse on sahkökentän (=jännitteen) ja magneettikentän ( =virran) keskinäisestä vaiherosta. Kun tehon kulkusuunta kääntyy, niin keskinäinen virran ja jännitteen vaihe-ero resistiivisellä kuormalla kääntyy 180°. 

korant
Seuraa 
Viestejä8326
Liittynyt16.12.2013

Koska vaihtovirta vaihtelee suunnaltaan et voi millään pihtimittarivirityksellä määrittää sen suuntaa, ainoastaan tehon suunta voidaan mitata ja se edellyttää sekä jännitteen että virran mittausta siten, että saadaan selvitettyä myös niiden vaihe-ero. Pihtimittarissa lienee jonkin suuruinen vaihevirhe eli tehon mittaus pihtimittarilla voi olla epätarkkaa. Jännitettä et voi mitata ilman kontaktia ainakaan tarkasti.

o_turunen
Seuraa 
Viestejä14034
Liittynyt16.3.2005
efead

Kiitos vastauksesta!

Kysymykset jatkuu, otetaan esimerkki:

Olipa kerran jännitteinen johdin jakorasiassa, jonka perässä oli 1kW resistiivinen kuorma. Tiedossa ei ollut kummasta suunnasta johdinta syötetään. Johtimessa kulkee virta P/U=I -> 1kW/230V=4.35A

Samaa virtaa näyttää myös pihtivirtamittari, joka mittaa johtimen virran magneettikentän avulla, ja mittaus tapahtuu johtimen ympäriltä kontaktittomasti.
Kysymys kuuluukin, voidaanko johtimesta mitata tehon suunta jonkinlaisella mittalaitteella kontaktittomasti? Sähkövirtahan luo ympärilleen pyörteisen magneettikentän, jonka kenttäviivat kiertävät johtimen ympäri. Esimerkiksi jos virta kulkisi johtimessa alhaalta ylöspäin, olisivat kenttäviivat myötäpäivään. Vaikka magneettikentän suunnan saisikin mitattua, tämä ei toimisi vaihtovirralla, koska virta sykkii edestakaisin ja samaan tahtiin pyörteisen magneettikentän suuntakin muuttuu? Olisiko fysiikan lakien mukaan vaihtovirralla edes mahdollista kehittää pihtivirtamittari tyylistä ratkaisua, joka näyttäisi virran suunnan?

Kyllä meillä on palvelu tuollaiseen tilanteeseen. Virta mitataan pihdillä ja jännite suoraan johtimesta. Mittalaite sitten laskee tehon. Näyttää vielä oskilloskoopin kuvaruudulla kaikki suureet. Ja spektrin, jos asiakas haluaa.

Kontaktiton jännitteen mittaus on hankalaa. Tasajännitteellä mahdotonta.

 

Korant: Oikea fysiikka on oikeampaa kuin sinun klassinen mekaniikkasi. Jos olet eri mieltä kanssani olet ilman muuta väärässä.

Paul M
Seuraa 
Viestejä8626
Liittynyt16.3.2005
korant

Koska vaihtovirta vaihtelee suunnaltaan et voi millään pihtimittarivirityksellä määrittää sen suuntaa, ainoastaan tehon suunta voidaan mitata ja se edellyttää sekä jännitteen että virran mittausta siten, että saadaan selvitettyä myös niiden vaihe-ero. Pihtimittarissa lienee jonkin suuruinen vaihevirhe eli tehon mittaus pihtimittarilla voi olla epätarkkaa. Jännitettä et voi mitata ilman kontaktia ainakaan tarkasti.

Väärin väärin. Pihtimittari mittaa tarkasti ilman kulmavirhettä ja jännitteen voi yhtälailla ilmaista kapasitiivisesti tarkasti ilman kontaktia.

Hiirimeluexpertti. Majoneesitehtailija. Luonnontieteet: Maailman suurin uskonto. Avatar on halkaistu tykin kuula

korant
Seuraa 
Viestejä8326
Liittynyt16.12.2013
Paul M
Väärin väärin. Pihtimittari mittaa tarkasti ilman kulmavirhettä ja jännitteen voi yhtälailla ilmaista kapasitiivisesti tarkasti ilman kontaktia.
Nyt vasta väärin meni. Taatusti on pihtimittarissa kulmavirhettä. Eri asia sitten kuinka suuri se on. Resistiivisellä kuormalla sillä tuskin on merkitystä mutta kapasitiivisella on paljonkin.

Miten muka mittaat jännitteen kapasitiivisesti ilman kontaktia tarkasti? Et mitenkään. Vähintään tarvitset kapasitiivisen mitta-anturin jonka läpi johtimet kytketään kontaktin kautta.

Fizikisto
Seuraa 
Viestejä570
Liittynyt19.2.2014
korant

Itse asiassa hetkellisen tehonkin suunta muuttuu, jos virralla ja jännitteellä on vaihe-eroa.

Mikä on tehon suunta sähköjohtimessa? Se on skalaarisuure.

korant
Seuraa 
Viestejä8326
Liittynyt16.12.2013
Fizikisto
Mikä on tehon suunta sähköjohtimessa? Se on skalaarisuure.
Et kai tosissasi tuommoista väitä. Virta on vektorisuure ja suunta sama kuin johtimen suunta. Vahtovirran suunta vaihtelee edestakaisin johtimen suunnassa mutta tehon suunta on generaattorista kuormaan päin. Jos kyse on kondensaattorista, tehon suunta vaihtelee edestakaisin ja on keskimäärin nolla. Kun kondensaattorin jännite kasvaa (kumpaan hyvänsä suuntaan) kondensaattoriin ladataan energiaa ja hetkellisen tehon suunta on kondensaattoriin päin. Kun taas sen jännite laskee, tehon suunta on päinvastainen ja kondensaattorin energia palautuu sinne mistä se tulikin.

Fizikisto
Seuraa 
Viestejä570
Liittynyt19.2.2014
korant

Et kai tosissasi tuommoista väitä. Virta on vektorisuure ja suunta sama kuin johtimen suunta. Vahtovirran suunta vaihtelee edestakaisin johtimen suunnassa mutta tehon suunta on generaattorista kuormaan päin. Jos kyse on kondensaattorista, tehon suunta vaihtelee edestakaisin ja on keskimäärin nolla. Kun kondensaattorin jännite kasvaa (kumpaan hyvänsä suuntaan) kondensaattoriin ladataan energiaa ja hetkellisen tehon suunta on kondensaattoriin päin. Kun taas sen jännite laskee, tehon suunta on päinvastainen ja kondensaattorin energia palautuu sinne mistä se tulikin.

Ahaa, eli tarkoitit suunnalla vain sitä, kuka tekee työtä mihinkin. Hieman harhaanjohtavaa kielenkäyttöä. Tämän täytyy olla jokin insinöörijuttu, sillä fysiikan puolella tuollaista tehon suunnan käsitettä ei ole.

Virran vektorimaisuudella tuskin on asian kanssa mitään tekemistä. Esimerkiksi johtimessa lämmöksi muuttuva energia on täysin riippumaton virran suunnasta.

o_turunen
Seuraa 
Viestejä14034
Liittynyt16.3.2005

Fysiikassa tehotiheys määritellään

S = ExH,

missä E on sähkökentän voimakkuus V/m, H magneettikentän voimakkuus A/m ja S Poyntingin vektori W/m². Tuosta nyt viimeistään huomaa, että teho on vektorisuure.

Teho osoittaa energian siirtymissuunnan ja energian määrän aikayksikössä.

Korant: Oikea fysiikka on oikeampaa kuin sinun klassinen mekaniikkasi. Jos olet eri mieltä kanssani olet ilman muuta väärässä.

o_turunen
Seuraa 
Viestejä14034
Liittynyt16.3.2005

Sähköpiireissä energia siirtyy nimenomaan sähkö- ja magneettikentän välityksellä. Tuon osoittaa se, että häviötöntäkin metallijohdinta käytettäessä signaali etenee valon nopeudella, eli lamppu ei syty samalla hetkellä kuin kytkintä käännetään. Jos kyse olisi pelkästään skalaarisesta virrasta ja jännitteestä virtapiirissä, niin lamppu syttyisi välittömästi.

Korant: Oikea fysiikka on oikeampaa kuin sinun klassinen mekaniikkasi. Jos olet eri mieltä kanssani olet ilman muuta väärässä.

korant
Seuraa 
Viestejä8326
Liittynyt16.12.2013
Fizikisto
Esimerkiksi johtimessa lämmöksi muuttuva energia on täysin riippumaton virran suunnasta.
Onko joku väittänyt muuta. Eihän se riipu energiavirrankaan suunnasta mutta sen sijaan johtimessa etenevä energia vaimenee siihen suuntaan jonne se etenee.

Sähkövirta i on vektorisuure mutta sen tehollisarvo I on skalaari.

Sivut

Suosituimmat

Uusimmat

Uusimmat

Suosituimmat