Fråga om (amerikanska) elkraftsystem och ellära
Hej,
Jag har lite funderingar över hur en power inverter fungerar http://en.wikipedia.org/wiki/Power_inverter. Jag råkar ha två sådana liggande och blev förvånad över hur uttaget fungerade, troligtvis för att jag är van med svenska uttag. Detta är amerikanska modeller för husbilar. Detta är ju inte så relaterat till husel men frågar här för jag vet att det finns många kunniga personer som läser i detta forum.
Det verkar inte finnas någon neutral i ett sådant uttag, utan mer två faser och en jord. Det är ca 50 V mellan varje uttagshål och jord, sedan är det 120V mellan uttagshålen (vet inte hur nogrann min voltmeter är). Kan man tänka sig att uttaget fyller ungefär samma funktion som detta elkraftsystem http://en.wikipedia.org/wiki/Split-phase_electric_power och att man kör alla laster mellan faserna (borde ju varit 60 V mellan jord-fas då)? Skulle man kunna köra 50V laster mellan fas-jord i en sådan (dvs i ett system utan jord)? Går det att koppla ihop jorden på dem för att få en gemensam neutral punkt?
Vad är det egentligen som avgör spänningen när man mäter mellan ena fasen på den ena och ena fasen på den andra? Detta är ju såklart potentialskillnaden men kan fasförskjutningen bidra till att den kan variera mellan 0 V och 120 V eller är det något annat intervall här (brukar få runt 50-90 V)?
Mina frågor är bara till för att öka min förståelse, inte för några praktiska tillämpningar.
Jag har lite funderingar över hur en power inverter fungerar http://en.wikipedia.org/wiki/Power_inverter. Jag råkar ha två sådana liggande och blev förvånad över hur uttaget fungerade, troligtvis för att jag är van med svenska uttag. Detta är amerikanska modeller för husbilar. Detta är ju inte så relaterat till husel men frågar här för jag vet att det finns många kunniga personer som läser i detta forum.
Det verkar inte finnas någon neutral i ett sådant uttag, utan mer två faser och en jord. Det är ca 50 V mellan varje uttagshål och jord, sedan är det 120V mellan uttagshålen (vet inte hur nogrann min voltmeter är). Kan man tänka sig att uttaget fyller ungefär samma funktion som detta elkraftsystem http://en.wikipedia.org/wiki/Split-phase_electric_power och att man kör alla laster mellan faserna (borde ju varit 60 V mellan jord-fas då)? Skulle man kunna köra 50V laster mellan fas-jord i en sådan (dvs i ett system utan jord)? Går det att koppla ihop jorden på dem för att få en gemensam neutral punkt?
Vad är det egentligen som avgör spänningen när man mäter mellan ena fasen på den ena och ena fasen på den andra? Detta är ju såklart potentialskillnaden men kan fasförskjutningen bidra till att den kan variera mellan 0 V och 120 V eller är det något annat intervall här (brukar få runt 50-90 V)?
Mina frågor är bara till för att öka min förståelse, inte för några praktiska tillämpningar.
Hobbyelektriker
· Värmland, Molkom
· 27 014 inlägg
Inverters finns i en uppsjö varianter, både hur de fungerar, hur skyddsfunktionerna fungerar och hur de är tänkta att användas. Många är mittpunktsjordade som i ditt fall, vilket betyder att du inte kan belasta invertern mellan fas och skyddsjord - skyddsjord får aldrig föra en belastningsström. Om invertern har ett inbyggt jordfelsskydd så kommer det att lösa ut. Andra modeller av inverters kan dock användas enligt split-phase som du länkar till.
Att du får mätvärden som inte "adds up" kan bero på din multimeter i kombination med en inverter som ger ut modifierad fyrkantvåg som inte ser likadan ut mellan polerna som mellan pol och skyddsjord. (Inverters som ger ren sinusformad AC är dyra.). Det gäller att instrumentet kan mäta TRMS.
Menar du med din sista fråga att du mäter spänningen mellan två olika inverters? Det borde inte ge något mätvärde alls - i alla fall ingen ström.
Att du får mätvärden som inte "adds up" kan bero på din multimeter i kombination med en inverter som ger ut modifierad fyrkantvåg som inte ser likadan ut mellan polerna som mellan pol och skyddsjord. (Inverters som ger ren sinusformad AC är dyra.). Det gäller att instrumentet kan mäta TRMS.
Menar du med din sista fråga att du mäter spänningen mellan två olika inverters? Det borde inte ge något mätvärde alls - i alla fall ingen ström.
Kan och får är visserligen olika saker, men bortsett från att det är farligt och man inte får belasta en skyddsjordsledare så kan det även vara så att invertern helt enkelt inte fungerar bra om man belastar jordledare.
P.S. i USA var det ända fram till 1996 tillåtet att använda samma ledare för nolla och jord, även via stickpropp, för grejer som mestadels drog 240V-ström mellan två faser men drog en mindre 120V-ström mellan en av faserna och nolla-jord.
http://en.wikipedia.org/wiki/NEMA_connector#NEMA_10
I Sverige har det "typ aldrig" varit tillåtet att göra så med stickproppanslutna apparater.
P.S. i USA var det ända fram till 1996 tillåtet att använda samma ledare för nolla och jord, även via stickpropp, för grejer som mestadels drog 240V-ström mellan två faser men drog en mindre 120V-ström mellan en av faserna och nolla-jord.
http://en.wikipedia.org/wiki/NEMA_connector#NEMA_10
I Sverige har det "typ aldrig" varit tillåtet att göra så med stickproppanslutna apparater.
Tack för era svar!
I ett vanligt svenskt elkraftsystem har vi ju alltid den gemensamma referenspunkten "jorden". Hur kan inverters ha en sådan referenspunkt? Skulle de gå att koppla ihop dessa inverters jord och få en gemensam referenspunkt eller kommer de ha olika referenspunkter?
Jag är medveten om att det inte är ok att belasta skyddsjord, denna fråga är mer för förståelsen. I ett vanligt svenskt elnät (om man bortser från alla säkerhetsrisker och jordfelsbrytare) så skulle ju prylarna fungera när det kopplas mellan fas och skyddsjord. På vilket sätt skulle invertern fungera sämre om man belastar skyddsjord (bortse från jordfelsbrytare, känsliga apparater som kopplas till den och säkerhetsrisker)? NEMA 10 har väl i princip samma funktion som ett split-phase system? Skulle inte invertern få den funktionen då?
Jag har inverters som ger ren sinusformad AC (står Pure Sine Wave på dem). Denna kommentar tolkar jag som att invertern borde fungera som att det skulle gå att summera spänningarna precis som i ett split-phase system (180 grader förskjutning mellan faserna). Är detta riktigt? Det är mycket möjligt att min voltmeter är dålig men jag får dock 120 V mellan faserna (vilket tyder på att den borde fungera någorlunda).
Japp, jag menar att jag mäter mellan en fas på den ena och en fas på den andra. Varför borde inte det ge något mätvärde? Ända gången det borde ge 0 V är väll om man råkar starta upp båda inverters så sinuskurvorna ligger i fas. Detta känns ganska osannolikt. Känns ju som att om invertern fungerar som ett split-phase system så borde det bli 0 V om de är helt i fas och 120 V om man startar upp dem helt ur fas (180 grader förskjutning). Men mest sannolikt borde det vara att hamna där mellan. Och om man har en spänning så borde de väll gå att få en ström mellan dem?
I ett vanligt svenskt elkraftsystem har vi ju alltid den gemensamma referenspunkten "jorden". Hur kan inverters ha en sådan referenspunkt? Skulle de gå att koppla ihop dessa inverters jord och få en gemensam referenspunkt eller kommer de ha olika referenspunkter?
Hobbyelektriker
· Värmland, Molkom
· 27 014 inlägg
Hur invertern "fungerar" mot skyddsjord är orelevant - vi vet ju ingenting om hur den är kopplad internt - bara att invertern kommer att lösa ut om man kortsluter mellan fas och skyddsjord, och kanske också om man belastar mellan fas och skyddsjord. Jag kan inte förklara spänningsnivåerna du mäter upp. Multimeter borde visa rätt då det är sinusformad spänning. Men vi ska nog som sagt inte hänga upp oss så mycket på denna spänning mellan fas-jord. Spänningen stämmer ju mellan polerna 
Två separata inverters ska vara helt isolerade från varandra, närmare bestämt, DC- och AC-sidorna i en inverter ska vara isolerade från varandra, även om vissa (UPS) kan ha en gemensam jord/nolla? Och de är ju dessutom inte synkade med varandra som du nämner så spänningen kommer i så fall att variera, kanske även över tid pga toleranser i frekvensen.
Även om skyddsjorden på båda invertrarna kopplas ihop, vilket är möjligt, så kvarstår problemet med synkroniseringen. En liknande frågeställning är vad som händer om man kopplar ihop en pol från varje inverter - får man då ut dubbel spänning? Tror inte det.
Två separata inverters ska vara helt isolerade från varandra, närmare bestämt, DC- och AC-sidorna i en inverter ska vara isolerade från varandra, även om vissa (UPS) kan ha en gemensam jord/nolla? Och de är ju dessutom inte synkade med varandra som du nämner så spänningen kommer i så fall att variera, kanske även över tid pga toleranser i frekvensen.
Även om skyddsjorden på båda invertrarna kopplas ihop, vilket är möjligt, så kvarstår problemet med synkroniseringen. En liknande frågeställning är vad som händer om man kopplar ihop en pol från varje inverter - får man då ut dubbel spänning? Tror inte det.
Högst troligt så är invertern inte alls direktjordad. Det skulle för ett mittpunktsjordat system annars endera innebära att invertern internt bestod av två separata, men synkade inverters, eller att det fanns en transformator på utgången som ordnade mittpunkten. Alternativ ett skulle bli onödigt dyrt och alternativ två skulle bli onödigt tungt.
Istället så lägger man 120V mellan faserna och har en flytande jordpotential med isolationsbevakning, dvs någon testkrets som kollar att jord inte kommer i kontakt med någon av faserna. Det fungerar eftersom det är en skyddsjord som inte ska belastas. Spänningen du mäter upp mellan fas och jord kommer att bero på ditt mätinstruments inre resistans och inverterns isolationsbevaknings inre egenskaper. Jorden kan därför inte belastas - det är just det som isolationsbevakningen ska skydda mot.
Icke direktjordade system (IT-system) är inte så där alldeles lätta att förstå om man är van vid direktjordade system (TN-system). Googla lite så finns det en hel del att läsa.
Istället så lägger man 120V mellan faserna och har en flytande jordpotential med isolationsbevakning, dvs någon testkrets som kollar att jord inte kommer i kontakt med någon av faserna. Det fungerar eftersom det är en skyddsjord som inte ska belastas. Spänningen du mäter upp mellan fas och jord kommer att bero på ditt mätinstruments inre resistans och inverterns isolationsbevaknings inre egenskaper. Jorden kan därför inte belastas - det är just det som isolationsbevakningen ska skydda mot.
Icke direktjordade system (IT-system) är inte så där alldeles lätta att förstå om man är van vid direktjordade system (TN-system). Googla lite så finns det en hel del att läsa.
Tack! Detta verkar helt logiskt och förklarar mina mätvärden och jorden.
Utveckla gärna detta. Om jag kopplar ihop någon av faserna blir det ju en kortslutning pga potentialskillnaden? Jag förstod inte riktigt heller vad du menade med att det inte borde bli något mätvärden när man mäter mellan olika inverters faser? Tack för ditt svar
Hobbyelektriker
· Värmland, Molkom
· 27 014 inlägg
Vet inte riktigt hur jag ska förklara, kanske enklare att tänka sig två transformatorer. Vi kan t.o.m tänka oss en transformator med dubbla sekundärlindningar som denna bild visar.
Mellan A1-A2 finns spänningen Va.
Men mäter du mellan A1 och B1 så får du ingen spänning eftersom de två lindningarna inte har kontakt med varandra, eller med primärsidan. Multimetern kanske visar ett värde, men det är i så fall "luftburna störningar".
Om A2-B1 kopplas ihop däremot så får man spänningen Va+Vb mellan A1-B2. Det blir ingen kortslutning av detta, en kortslutning blir det först om dessutom A1-B2 kopplas ihop. Det är så här en mittpunktsjord eller nolla skulle kunna vara kopplad.
Om A1-B1 kopplas ihop får man spänningen Va-Vb mellan A1-B2, för i detta polvända fall motverkar lindningarna varandra.
Det skulle även gå att koppla ihop sekundärlindningarna på två separata transformatorer, men en primär- och en sekundärlindning vardera. Om man får spänningen Va+Vb eller Va-Vb beror på åt vilket håll stickproppen som matar primärlindningen sitter i uttaget. Det fungerar också pga att samma nätfrekvens synkar båda transformatorerna.
På samma sätt ska utgångarna på två separata inverters vara isolerade från varandra. Och dessutom är det oklart om 50 Hz-frekvensen på utgången är synkroniserad med nätfrekvensen på ingången.
Mellan A1-A2 finns spänningen Va.
Men mäter du mellan A1 och B1 så får du ingen spänning eftersom de två lindningarna inte har kontakt med varandra, eller med primärsidan. Multimetern kanske visar ett värde, men det är i så fall "luftburna störningar".
Om A2-B1 kopplas ihop däremot så får man spänningen Va+Vb mellan A1-B2. Det blir ingen kortslutning av detta, en kortslutning blir det först om dessutom A1-B2 kopplas ihop. Det är så här en mittpunktsjord eller nolla skulle kunna vara kopplad.
Om A1-B1 kopplas ihop får man spänningen Va-Vb mellan A1-B2, för i detta polvända fall motverkar lindningarna varandra.
Det skulle även gå att koppla ihop sekundärlindningarna på två separata transformatorer, men en primär- och en sekundärlindning vardera. Om man får spänningen Va+Vb eller Va-Vb beror på åt vilket håll stickproppen som matar primärlindningen sitter i uttaget. Det fungerar också pga att samma nätfrekvens synkar båda transformatorerna.
På samma sätt ska utgångarna på två separata inverters vara isolerade från varandra. Och dessutom är det oklart om 50 Hz-frekvensen på utgången är synkroniserad med nätfrekvensen på ingången.
Hobbyelektriker
· Värmland, Molkom
· 27 014 inlägg
Öhh