Labb · cirka 3 timmar · Ellära nivå 1 (ELLA)

Labb 2 – Enfas växelström med R-, L- och C-last

Spänning, ström och effekt i resistiv och induktiv last på 230 V, effektfaktor, aktiv, reaktiv och skenbar effekt samt faskompensering med kondensator.

Syfte och koppling till ämnesplanen

Eleven mäter på riktiga laster på 230 V och ser hur lastens karaktär påverkar strömmen och effekten. Labben ger underlag för betygskriterierna om att utföra mätningar på ett säkert sätt, utföra beräkningar och arbeta säkert enligt standarder och bestämmelser.

Centralt innehåll (ELLA nivå 1)Moment
Elektriska storheter och samband i enfasväxelströmkretsarA, B
Mätning i enfasväxelströmkretsar med resistiv, induktiv och kapacitiv belastningA, B, C
Beräkningar på fasförskjutningB, C
Övertoner och faskompensering vid olika lasterC, D
Säkerhet inom elområdetAlla

Förberedelse i Kraftsmedjan

  • Modul 4 – Enfas växelström
  • Modul 8 – Resistiv belastning
  • Modul 9 – Induktiv belastning
  • Modul 10 – Kapacitiv belastning, särskilt lektionerna om kompensering
  • Modul 12 – Fasförskjutning (lektion 1–18)
  • Modul 7 – lektionerna Effektmätaren och energimätaren samt CAT-kategorier, prober och säkra arbetsmetoder

Eleverna räknar ut S, Q och cos φ för exempellasten och den kapacitans som behövs för cos φ 0,95 innan de kommer till labbet.

Utrustning per labbplats

  • Labbord med 230 V-matning via jordfelsbrytare (30 mA), säkring och nödstopp
  • Säkerhetsladdar 4 mm med beröringsskydd och säkerhetsuttag
  • Effektmätare (U, I, P, cos φ) eller effektanalysator
  • True RMS-multimeter och strömtång, minst CAT III 300 V
  • Resistiv last: värmeelement eller glödlampor, 500–1 000 W
  • Induktiv last: drossel eller enfasmotor, 300–800 W, cos φ omkring 0,5–0,7
  • Kondensatorer 10, 20 och 40 µF för minst 400 V AC, med urladdningsmotstånd
  • Gärna oscilloskop med differentialprob för lärardemonstration (moment D)

Säkerhet

Genomförande

A. Resistiv last

  • Läs märkdata för den resistiva lasten och räkna ut förväntad ström och resistans.
  • Mät lastens resistans spänningslöst (kall). Koppla in effektmätaren och spänningssätt.
  • Mät U, I, P och cos φ. Räkna ut S = U·I och jämför med P. Räkna ut den varma resistansen U/I och jämför med den kalla.

B. Induktiv last

  • Byt till den induktiva lasten. Mät U, I, P och cos φ.
  • Räkna ut S, Q och fasvinkeln φ. Rita effekttriangeln.
  • Jämför strömmen med en resistiv last med samma aktiva effekt: varför är den större?

C. Faskompensering

  • Räkna ut vilken kapacitans som ger cos φ 0,95 för den induktiva lasten.
  • Koppla in kondensatorer parallellt med lasten, ett steg i taget (spänningslöst mellan stegen). Mät U, I, P och cos φ för varje steg.
  • Observera att P är i stort sett oförändrad medan strömmen minskar. Prova ett steg för mycket och se hur strömmen ökar igen (överkompensering, kapacitiv karaktär).

D. Lärardemonstration: fasförskjutning och vågform

Visa spänning och ström för den resistiva och den induktiva lasten på oscilloskopet med differentialprob och strömprob. Mät tidsskillnaden mellan nollgenomgångarna och räkna om den till grader. Visa gärna också strömmen till en apparat med likriktare (till exempel en laddare) – den är inte sinusformad och innehåller övertoner.

Mätprotokoll

A–B. Laster

LastU (V)I (A)P (W)cos φS = U·I (VA)Q (var)
Resistiv
Induktiv
Resistiv lastVärde
Märkeffekt / märkspänning
Resistans kall (uppmätt)
Resistans varm (U/I)

C. Kompensering

C (µF)U (V)I (A)P (W)cos φKommentar
0
10
20
30
40
BeräkningResultat
Behövd Q_C för cos φ 0,95
Behövd kapacitans

Förväntade värden (för läraren)

Exempel för en resistiv last 1 000 W och en induktiv last med P = 500 W och cos φ 0,6, båda på 230 V och 50 Hz. Räkna om med era lasters verkliga värden.

StorhetFormelVärde
Resistiv: strömI = P/U4,35 A
Resistiv: varm resistansR = U²/P52,9 Ω
Induktiv: skenbar effektS = P/cos φ833 VA
Induktiv: strömI = S/U3,62 A
Induktiv: reaktiv effektQ = √(S² − P²)667 var
Q_C för cos φ 0,95Q_C = P·(tan φ₁ − tan φ₂)502 var
Kapacitans för cos φ 0,95C = Q_C/(2π·f·U²)30,2 µF
Ström vid cos φ 0,95I = P/(U·0,95)2,29 A
Med 20 µF: Q_CQ_C = 2π·f·C·U²332 var
Med 20 µF: cos φ och ström0,83 och 2,62 A

Reflektionsfrågor

  1. Varför drar den induktiva lasten mer ström än en resistiv last med samma aktiva effekt?
  2. Vad händer med P, Q, S och strömmen när ni kompenserar? Varför ändras inte P?
  3. Varför vill elnätsföretag och fastighetsägare att stora induktiva laster kompenseras?
  4. Vad händer om man överkompenserar?
  5. Vilka säkerhetsåtgärder var viktigast i labben och varför?

Bedömningsstöd

ECA
MätningMäter U, I och P säkert enligt instruktionenMäter självständigt och säkert, väljer instrument och kontrollerar rimlighetenPlanerar mätserien för kompenseringen, förklarar avvikelser och instrumentens begränsningar
BeräkningRäknar S och cos φ för en lastRäknar Q, φ och effekttriangeln och jämför med mätningenRäknar kapacitansen för kompenseringen och förklarar skillnader mellan beräknat och mätt
SäkerhetFöljer säkerhetsreglernaFöljer reglerna och förklarar varför de finnsFörutser risker själv, till exempel laddade kondensatorer och varma laster

Bedömningsmatrisen →

Lärarmaterial från Kraftsmedjan för Skolverkets ämne Ellära (ELLA, Gy25) nivå 1, 100 poäng. Materialet är ett stöd för undervisning och bedömning – betyget sätts alltid av en behörig lärare enligt huvudmannens rutiner. Får kopieras och anpassas för egen undervisning.