Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2
ВИМІРЮВАННЯ ПОТУЖНОСТІ В КОЛАХ ПОСТІЙНОГО
ТА ОДНОФАЗНОГО ЗМІННОГО СТРУМІВ
Мета роботи
Ознайомитися з методикою для вимірювання потужності у колах постійного та однофазного змінного струму.
1.1 Основні теоретичні відомості
1.1.1 Вимірювання потужності з допомогою амперметра, вольтметра та ватметра
Потужність та енергія є основними характеристиками більшості фізичних об'єктів, процесів та явищ. У сучасній практиці доводиться вимірювати потужності від часток вата (потужність сигналів мобільних телефонів) до десятків гігават (потужність сучасних електричних станцій) в широкому діапазоні частот – від нуля (постійний струм) до 10 9 Гц і більше.
Потужність в електричному колі постійного струму можна визначити за формулами:
P = UI, або Р = I 2R,
де І – струм у колі;
U – напруга на резисторі R.
Потужність можна визначити непрямим методом за допомогою амперметра PA й вольтметра PV. На рисунку 2.1 показано дві можливі схеми вмикання приладів для вимірювання потужності.
Струм ІА (рисунок 2.1.а), згідно першого закону Кірхгофа:
ІА = ІV + ІН.
Потужність, яку споживає електричне коло, визначається за формулою:
P = U (І H +IV) = UI H +UIV = P H + PV,
де РH – потужність навантаження;
PV – потужність, що споживається вольтметром.
Рисунок 2.1 – Електрична схема для вимірювання потужності за допомогою амперметра й вольтметра при малих а) і великих б) опорах навантаження
Значення потужності, визначене за показами вольтметра й амперметра, згідно приведеної на рисунку 2.1,а електричної схеми, перевищує РH на величину PV і виражається відносною похибкою:
де RH – опір навантаження;
RV – опір обмотки вольтметра.
В електричному колі, схема якого приведена на рисунку 2.1,б, вольтметр вимірює суму напруг на амперметрі та навантаженні:
UV = UА + UH.
Потужність, яку споживає електричне коло:
,
де RА – опір обмотки амперметра;
PА – потужність, що споживається обмоткою амперметра.
Відповідно для даної електричної схеми відносна похибка вимірювання:
Для вимірювань з меншою похибкою можна використати цифрові прилади. В такому випадку відпадає потреба враховувати потужність споживання приладів, оскільки вона незначна.
Пряме вимірювання потужності здійснюється ватметром PW, схеми вмикання якого зображені на рисунку 2.2,а,б.
Рисунок 2.2 – Електричні схеми для вимірювання потужності
за допомогою ватметра при малих а)
і великих б) опорах навантаження
Вимірювання потужності повинно супроводжуватися одночасним контролем значень напруги та струму. Саме тому, метод амперметра і вольтметра на практиці практично не застосовується.
Результат вимірювань потужності визначається за показами ватметра:
де C РW – ціна поділки ватметра;
п – кількість поділок, на які відхилиться вказівник.
Ціна поділки ватметра визначається за формулою:
де UН, ІН – відповідно номінальні значення напруги і струму приладу;
N – кількість поділок шкали приладу вимірювання.
У ватметрах електродинамічної системи нерухома струмова обмотка з невеликим числом витків вмикається в коло послідовно, а рухома – паралельно до тієї ділянки, в якій вимірюють споживану потужність (обмотка напруги). Щоб вказівник ватметра відхилявся у потрібному напрямі, необхідно дотримуватися правила вмикання приладу: електрична енергія має подаватися на генераторні затискачі приладу, які позначаються «*» (І *– генераторний затискач струмової обмотки ватметра, а U*– генераторний затискач обмотка напруги).
Ватметри вимірюють потужність, яку споживають досліджуваний об’єкт та вимірювальні прилади. Зокрема, для електричної схеми приведеної на рисунку 2.2, б покази ватметра:
= PН + P V + PUW,
а похибка вимірювання визначається за формулою:
де РV та РUW – втрати потужності в обмотках вольтметра і ватметра.
На практиці (в залежності від значення опору) для врахування споживання потужності приладами користуються схемою, приведеною на рисунку 2.2,а, оскільки опір обмотки вольтметра та опір кола напруги ватметра задаються для цих приладів з похибкою, яка не перевищує їх клас точності.
Для вимірювання потужності в колах постійного струму і змінного струму частотою 50÷1000 Гц використовуються переважно електродинамічні та феродинамічні ватметри. Промисловість випускає ватметри для вимірювань потужності в колах постійного і змінного струмів класів точності 0,1÷ 2,5.
1.1.2 Лічильники електричної енергії
Для обліку спожитої електричної енергії використовуються лічильники електричної енергії, які вмикають за електричною схемою, аналогічно схемі вмикання ватметра (рисунок 2.2,а). На даний час широко застосовують електронні лічильники. Поряд з ними для вимірювання енергії змінного струму застосовуються і індукційні лічильники (рисунок 2.3).
Рухома частина індукційного лічильника виготовляється у вигляді алюмінієвого диска 1, що знаходиться на осі 2. На осі також закріплена шестерня 4, яка зчеплена з ведучим зубчатим колесом 9 лічильного механізму 6. Диск обер тається між полюсами магнітопроводу 5 і 8, що набрані з листів електротехнічної сталі. Постійний магніт 7 створює гальмівний момент.
Магнітні потоки ФU та ФI пропорційні відповідно напрузі U та струму I, наводять у диску вихрові струми. У результаті взаємодії цих вихрових струмів і магнітних потоків виникає обертовий момент:
Моб = k1 f UI sin(90°– φ) = k1 f UI cos φ,
де k1 – конструктивна стала для даного лічильника;
f – частота струму І;
φ – кут зсуву фаз між напругою U та струмом I.
Усталена рівномірна швидкість обертання m диска протягом часу t визначається за формулою:
m = с UI (cos φ) t,
де с – номінальна стала або кількість енергії, що відповідає одному оберту диска.
Рисунок 2.3 – Електрична схема індукційного лічильника
Кількість обертів диска:
Отже, кількість обертів диска пропорційна вимірюваній енергії W.
Кількість обертів, що відповідає 1 кВт∙год енергії, називається передавальним числом лічильника, а обернена їй величина – номінальною сталою лічильника.
2.1 Ознайомитися з приладами та іншим обладнанням експериментальної установки. Технічні дані амперметра, вольтметра та ватметра записати в таблицю 2.1. За допомогою цифрового омметра виміряти опір вимірювальних обмоток приладів.
Таблиця 2.1 – Технічні дані вимірювальних приладів
|
Прилад |
Вид струму |
Система |
Клас точності |
Номінальний струм (напруга) |
Шкала |
Ціна |
Опір обмотки |
|
РА |
|||||||
|
РV |
|||||||
|
PW |
2.2 Скласти почергово електричні схеми (рисунок 2.4,а,б) для вимірювання активної потужності за допомогою амперметра й вольтметра. Встановити задану викладачем напругу U на вході електричного кола та записати покази приладів у таблицю 2.2.
Рисунок 2.4 – Електричні схеми для вимірювання потужності за допомогою амперметра й вольтметра
Таблиця 2.2 – Результати досліджень та обчислень
|
Дослідні дані |
Обчислити |
||||
|
Електрична схема |
U, В |
І, А |
Р, Вт |
З урахуванням опору обмоток приладів |
Відносна похибка δ, % |
|
РН, Вт |
|||||
|
Рисунок 2.4,а |
|||||
|
Рисунок 2.4,б |
2.3. Зібрати почергово електричні схеми (рисунок 2.5,а,б) для вимірювання активної потужності за допомогою ватметра. Результати вимірювань записати в таблицю 2.3.
Рисунок 2.5 – Електричні схеми для вимірювання активної
потужності за допомогою ватметра
Таблиця 2.3 – Результати досліджень та обчислень
|
Дослідні дані |
Обчислити |
|||||
|
Електрична схема |
U, В |
І, А |
Р |
З урахуванням опору обмоток приладів |
Відносна похибка δ, % |
|
|
под. |
Вт |
РН, Вт |
||||
|
Рисунок 2.5,а |
||||||
|
Рисунок 2.5,б |
2.4 У схему вимірювання активної потужності (рисунок 2.5,б) додатково ввімкнути однофазний лічильник активної енергії, згідно електричної схеми, приведеної на рисунку 2.6 та виконати декілька вимірювань протягом рівномірних проміжків часу (3÷5хв) і порахувати за кожен проміжок часу кількість обертів диска лічильника N. Результати вимірювань записати в таблицю 2.4.
Рисунок 2.6 – Електрична схема для вимірювання активної енергії за допомогою ватметра та лічильника
Таблиця 2.4 – Результати досліджень та обчислень
|
№ п/п |
Дослідні дані |
Обчислити |
||||||
|
U, В |
І, А |
Р, Вт |
t, хв |
N, обертів |
Номінальна стала (к-ть енергії, що відповідає одному оберту диска) с |
Wh, кВт∙год |
δ, % |
|
|
1 |
||||||||
|
2 |
||||||||
|
3 |
||||||||
|
4 |
||||||||
|
5 |
3.1 Обчислити значення виміряної потужності. Результати
розрахунків записати у таблиці 2.1…2.4.
3.2 Обчислити відносні похибки вимірювання потужності δ.
4.1 Приведіть схему вимірювання потужності споживачів за
допомогою амперметра й вольтметра.
4.2 Дайте визначення відносної похибки вимірювання
потужності.
4.3 Запишіть формулу обертового моменту індукційного лічильника активної потужності.
4.4 Як визначити коефіцієнт потужності при наявності показів амперметра, вольтметра та ватметра?
4.5 Запишіть вираз для визначення спожитої електроенергії.
PAGE 20
EMBED CorelDRAW.Graphic.11
EMBED CorelDRAW.Graphic.11
EMBED CorelDRAW.Graphic.11
EMBED CorelDRAW.Graphic.11
EMBED CorelDRAW.Graphic.11
EMBED CorelDRAW.Graphic.11
EMBED CorelDRAW.Graphic.11
EMBED CorelDRAW.Graphic.11
EMBED CorelDRAW.Graphic.11
EMBED CorelDRAW.Graphic.11
EMBED CorelDRAW.Graphic.11