Labb 3 – Trefas
Fas- och huvudspänning, fasföljd, Y-last med neutralledare, obalans och neutralström samt trefas asynkronmotorn: koppling enligt märkplåten, ström, varvtal och rotationsriktning.
Syfte och koppling till ämnesplanen
Eleven mäter i ett riktigt trefassystem och ser neutralledarens funktion och hur en asynkronmotor beter sig. Labben ger underlag för betygskriterierna om att utföra mätningar på ett säkert sätt, utföra beräkningar, kunskaper om elmaskiner och arbeta säkert enligt standarder och bestämmelser.
| Centralt innehåll (ELLA nivå 1) | Moment |
|---|---|
| Mätning i trefasväxelströmkretsar | A–E |
| Beräkningar i symmetriska och osymmetriska trefassystem samt neutralledarens funktion | B, C, D |
| Olika kopplingar för trefassystem | B, E |
| Funktionen i olika elmaskiner (elmotorer) | E |
| Säkerhet inom elområdet | Alla |
Förberedelse i Kraftsmedjan
- Modul 5 – Trefas
- Modul 13 – Kopplingar i trefassystem, inklusive lektionen Elmaskinernas familj
- Modul 6 – lektionerna DC, AC, trefas och neutralström samt Felsökning: trefasmotor, obalans och neutral
- Modul 7 – lektionen Fasföljdsmätaren
Eleverna räknar ut neutralströmmen vid obalans och motorns märkström innan de kommer till labbet.
Utrustning per labbplats
- Trefas labbord 400/230 V (TN-S) med jordfelsbrytare 30 mA, säkringar eller dvärgbrytare, motorskydd och nödstopp
- Säkerhetsladdar 4 mm och lastpanel med tre lampfattningar (Y-koppling med anslutning för neutralledaren)
- Glödlampor eller värmare 230 V: 3 × 100 W samt 60 W och 40 W
- Trefas asynkronmotor 0,37–1,5 kW, gärna med broms eller annan belastning
- True RMS-multimeter och strömtång, minst CAT III 600 V
- Fasföljdsindikator och optisk varvräknare
Säkerhet
Genomförande
A. Spänningar och fasföljd
Mät de tre fasspänningarna (L–N) och de tre huvudspänningarna (L–L) på labbordets uttag. Räkna ut kvoten mellan huvud- och fasspänning. Kontrollera fasföljden med fasföljdsindikatorn.
B. Balanserad Y-last med neutralledare
Koppla tre lika lampor (100 W) i Y med neutralledare. Mät de tre linjeströmmarna och neutralströmmen med tången.
C. Obalanserad Y-last med neutralledare
Byt till 100 W, 60 W och 40 W. Mät linjeströmmarna och neutralströmmen igen. Jämför neutralströmmen med summan av linjeströmmarna – och med fasorsumman ni räknat ut.
D. Lärardemonstration: bruten neutralledare
Läraren bryter neutralledaren (spänningslöst, sedan tillslag) med den obalanserade lasten bakom skyddskåpa, och eleverna läser av spänningen över varje lampa på avstånd. Låt det pågå bara några sekunder. Diskutera vad som skulle hända med apparaterna i en bostad vid nollavbrott.
E. Trefas asynkronmotorn
- Läs av märkplåten: märkeffekt, spänningar för Y och Δ, märkström, cos φ, verkningsgrad och märkvarvtal. Bestäm rätt koppling för 400 V och räkna ut märkströmmen.
- Koppla motorplinten spänningslöst. Läraren kontrollerar.
- Starta motorn. Mät linjeströmmen i tomgång och – om broms finns – vid belastning. Mät varvtalet och räkna ut eftersläpningen.
- Slå från. Byt plats på två faser, starta igen och kontrollera rotationsriktningen och fasföljden.
Mätprotokoll
A. Spänningar
| L1–N | L2–N | L3–N | L1–L2 | L2–L3 | L3–L1 | Kvot L–L/L–N | Fasföljd |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
B–C. Y-last
| Last | I L1 (A) | I L2 (A) | I L3 (A) | I N (A) | I N beräknad (A) |
|---|---|---|---|---|---|
| 3 × 100 W | |||||
| 100 / 60 / 40 W |
D. Bruten neutral (demonstration)
| Lampa | U med N (V) | U utan N (V) | Iakttagelse |
|---|---|---|---|
| 100 W | |||
| 60 W | |||
| 40 W |
E. Motorn
| Uppgift | Värde |
|---|---|
| Märkeffekt / spänningar (Y/Δ) | |
| Märkström / cos φ / η | |
| Märkvarvtal | |
| Vald koppling för 400 V och varför | |
| Beräknad märkström | |
| Uppmätt ström, tomgång | |
| Uppmätt ström, belastning | |
| Uppmätt varvtal / eftersläpning | |
| Rotationsriktning före / efter fasbyte |
Förväntade värden (för läraren)
Lampornas resistans ändras med temperaturen, så räkna med att mätvärdena avviker från de beräknade – särskilt i moment D.
| Storhet | Värde |
|---|---|
| Huvudspänning / fasspänning | 400 V / 230 V, kvot √3 ≈ 1,73 |
| B: linjeström per lampa (100 W) | 0,43 A; neutralström nära 0 A |
| C: linjeströmmar 100 / 60 / 40 W | 0,43 A / 0,26 A / 0,17 A |
| C: neutralström (fasorsumma) | cirka 0,23 A – inte summan 0,87 A |
| D: spänning över 100 / 60 / 40 W utan N | cirka 174 V / 249 V / 279 V (med konstant resistans) |
| E: märkström 1,5 kW, η 0,80, cos φ 0,80, 400 V | cirka 3,4 A |
| E: eftersläpning vid 1 420 r/min (fyrpolig, 50 Hz) | 5,3 % |
| E: tomgångsström | ofta 40–70 % av märkströmmen – magnetiseringsströmmen |
Reflektionsfrågor
- Varför är huvudspänningen √3 gånger fasspänningen och inte två gånger?
- Varför blir neutralströmmen så liten vid balanserad last, och varför är den inte summan av linjeströmmarna vid obalans?
- Vad hände med lamporna när neutralledaren bröts, och varför fick den svagaste lampan högst spänning?
- Hur avgjorde ni om motorn skulle kopplas i Y eller Δ?
- Varför drar motorn ganska stor ström även i tomgång?
- Varför byter motorn rotationsriktning när två faser byter plats?
Bedömningsstöd
| E | C | A | |
|---|---|---|---|
| Mätning | Mäter L–N, L–L och linjeströmmar säkert enligt instruktionen | Mäter självständigt, även neutralström och varvtal, och kontrollerar rimligheten | Planerar mätningarna, förklarar avvikelser (lampornas olinjäritet, motorns last) och felsöker |
| Beräkning | Räknar √3-sambandet och linjeström vid balanserad last | Räknar motorns märkström och eftersläpning | Räknar neutralströmmen som fasorsumma vid obalans och förklarar resultatet |
| Elmaskiner | Beskriver översiktligt hur motorn fungerar | Förklarar val av Y/Δ, eftersläpning och tomgångsström | Förklarar utförligt och nyanserat sambanden mellan fält, varvtal, ström och reaktiv effekt |
| Säkerhet | Följer säkerhetsreglerna | Förklarar riskerna med 400 V, nollavbrott och roterande delar | Förutser risker och föreslår själv åtgärder |