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
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
___________________________________________
Казанский государственный
энергетический университет
ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ В ЦЕПЯХ
ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Лабораторная работа № 3
по курсу
Электрические измерения
(Продолжительность лабораторного занятия – 4 часа)
Казань, 2007
УДК 621.316
ББК 31.2
И37
Наумов А.А., Барсукова С.В.
Измерение мощности в цепях постоянного и переменного тока. Лабор. работа. Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2007.
Приведено описание лабораторной работы по методам измерения мощности в цепях постоянного и переменного тока, влияние метода измерения на погрешности, а также определение погрешностей прямых и косвенных измерений.
Предназначено для студентов электротехнических специальностей.
© Казанский государственный энергетический университет, 2007 г.
Цель работы
Целью настоящей работы является ознакомление студентов с методами и средствами измерения мощности в цепях постоянного и однофазного переменного тока, получение навыков работы с измерительными приборами и обработки результатов измерений, а также с причинами возникновения и способами учета погрешностей прямых и косвенных измерений мощности.
Краткие теоретические сведения
Для измерения мощности в цепях постоянного и переменного тока используют прямые и косвенные измерения. Прямые измерения мощности производятся электродинамическими и ферродинамическими ваттметрами, кроме того, используются цифровые ваттметры, в которых для нахождения мощности реализована функция перемножения векторов тока и напряжения. В лабораторных условиях электродинамические ваттметры до сих пор используются чаще других, они выпускаются в виде переносных многопредельных приборов с классом точности 0,1-0,5.
Мощность в цепях постоянного тока можно определить косвенным путем по показаниям амперметра и вольтметра. При таком измерении мощность потребления нагрузки R определяется произведением тока в нагрузке I и падением напряжения на ней U:
При косвенных измерениях электрической мощности возможны две схемы включения приборов (рис. 1). В обоих случаях на результатах измерений сказывается методическая погрешность, обусловленная влиянием внутреннего сопротивления вольтметра и/или амперметра. В схеме, представленной на рис. 1а, амперметр измеряет не ток нагрузки, а сумму токов нагрузки Iнагр. и вольтметра IV, в схеме, представленной на рис. 1б, - показания вольтметра определяются не падением напряжения на нагрузке, а суммой падений напряжения на нагрузке Uнагр. и амперметре UА.
а) б)
Рис.1
Следовательно, в обоих случаях мощность, вычисленная на основании показаний амперметра и вольтметра, будет отличаться от действительного значения PД. Первую схему лучше использовать, если Rнагр.<< RV, вторую – если Rнагр. >> RА, где Rнагр. – сопротивление нагрузки, а RV и RА – внутреннее сопротивление вольтметра и амперметра соответственно.
При выполнении косвенных измерений мощности в соответствии с описанной выше процедурой абсолютная методическая погрешность измерений в случае, изображенном на рис. 1а, вычисляется по формуле:
а во втором случае (рис. 1б) – по формуле:
Оценка предельной результирующей относительной инструментальной погрешности косвенных измерений мощности электрического тока проводиться по формуле:
где ∆Р, ∆I и ∆U – абсолютные погрешности измерений мощности, силы тока и напряжения соответственно.
В цепях переменного тока мгновенное значение мощности потребления
где u(t), i(t) – мгновенные значения напряжения и тока нагрузки соответственно.
В цепях однофазного синусоидального тока измеряют активную P, реактивную Q и полную S мощности:
где U, I – действительные значения напряжения и тока в цепи; φ – сдвиг по фазе между напряжением и током в нагрузке.
Чаще всего ограничиваются измерением активной мощности. В реальных условиях подвижная катушка ваттметра обладает небольшой индуктивностью. Поэтому следует учитывать угловую погрешность измерения мощности, связанную с влиянием частоты сети и характером нагрузки.
Описание лабораторного стенда
В лабораторной работе используется стенд СИПП-3. Измерение мощности прямым и косвенным методами выполняют при помощи следующих средств измерений: ваттметра, амперметра и вольтметра. В качестве нагрузки используется магазин сопротивлений Р-33 с диапазоном от 100 Ом до 100 кОм.
Питание схемы постоянным током осуществляется от встроенного источника регулируемого напряжения 0-50 В, переменным - от однофазного лабораторного автотрансформатора 0-250 В.
Рабочее задание
В данной лабораторной работе требуется произвести:
Порядок выполнения работы
Примечание: при измерении ∆Р допускается нагрузку не отключать, а устанавливать ее сопротивление Rнагр.=100 кОм.
Таблица 1
|
Сопротивление нагрузки Rнагр., Ом |
Результаты измерений по рис.2а |
Результаты измерений по рис.2б |
||
|
Мощность Рw, Вт |
Поправка ∆Р, Вт |
Мощность Рw, Вт |
Поправка ∆Р, Вт |
|
Таблица 2
|
Сопротивление нагрузки Rнагр., Ом |
Рис. 3а |
Рис. 3б |
||
|
Ток I, А |
Напряжение U, В |
Ток I, А |
Напряжение U, В |
|
а) б)
Рис.2
а) б)
Рис. 3
Указания по выполнению эксперимента
Поскольку измерение мощности происходит для широкого диапазона значений сопротивления, при выполнении задания изменяйте по необходимости пределы измерений ваттметра, вольтметра и амперметра так, чтобы показания попадали в рабочий диапазон средств измерений (рекомендуется, чтобы показания оказывались как можно ближе к пределу шкалы прибора).
Указания по обработке результатов измерений и оценке погрешностей
В методе ваттметра действительную мощность Рнагр., потребляемую нагрузкой, вычисляют по формуле
Относительную погрешность измерения рассчитывают по формуле
где Uном, Iном – установленные пределы измерения ваттметра по напряжению и току;
κw – класс точности ваттметра;
Рw – показания ваттметра.
Результаты вычислений занести в табл. 3.
Таблица 3
|
Сопротивление Rнагр., Ом |
Рис. 2а |
Рис. 2б |
||
|
Мощность нагрузки Рнагр., Вт |
Относительная погрешность δизм, % |
Мощность нагрузки Рнагр., Вт |
Относительная погрешность δизм, % |
|
При выполнении косвенных измерений мощности методом амперметра и вольтметра в соответствии с описанной выше процедурой результирующая погрешность измерения определяется методической и инструментальной составляющими. Мощность потребления нагрузки определяется произведением тока в нагрузке на падение напряжения на ней
Абсолютная методическая погрешность измерений в случае, изображенном на рис. 3а, вычисляется по формуле:
для случая на рис. 3б – по формуле:
где Рнагр – мощность нагрузки, определенная методом ваттметра.
Относительная методическая погрешность
Абсолютная инструментальная погрешность определяется классом точности прибора и находится по формуле:
Относительная инструментальная составляющая погрешности находится по формуле:
где I, U – показания амперметра и вольтметра при косвенных измерениях мощности.
Абсолютная погрешность измерения:
Относительная погрешность измерения:
Действительная мощность потребления нагрузки по результатам косвенных измерений
.
Таблица 4
|
Rнагр., Ом |
Рис. 3а |
Рис. 3б |
||||||
|
Р, Вт |
∆изм, Вт |
δизм, % |
Рнагр., Вт |
Р, Вт |
∆изм, Вт |
δизм, % |
Рнагр., Вт |
|
Указания по оформлению отчета
Отчет о выполнении лабораторной работы каждый студент оформляет индивидуально. Отчет должен содержать:
- титульный лист с названием работы;
- цель работы;
- сведения об использованных методах измерений, а также о характеристиках использованных средств измерений;
- схему и описание лабораторного стенда;
- результаты измерений и расчетов;
- анализ полученных данных и вывод об особенностях и качестве проведенных измерений и по результатам проделанной работы.
Указания по технике безопасности
Перед выполнением лабораторных работ со студентами проводится инструктаж по технике безопасности, о чем каждый студент расписывается в специальном журнале.
Контрольные вопросы
Дайте определение физической величины. Что такое размерность физической величины?
Дайте определение понятий «истинное значение» и «действительное значение».
Почему нельзя при измерениях определить истинное значение физической величины?
Какие электромеханические механизмы используются в ваттметрах постоянного тока?
Какая область значений мощности постоянного тока доступна для измерения электромеханическими и электронными ваттметрами?
Дайте определения прямых и косвенных измерений.
Назовите основные источники погрешности при косвенном измерении мощности постоянного тока.
Приведите примеры методических погрешностей.
Нарисуйте схему включения приборов для измерения мощности нагрузки, имеющей большое сопротивление.
Нарисуйте схему включения приборов для измерения мощности нагрузки, имеющей малое сопротивление.
Библиографический список
1. Э.Г. Атамалян. Приборы и методы измерения электрических величин. М: Дрофа, 2005. (Для изучения стр. 84-87, 251-256).
2. Б.Я. Авдеев, Е.М. Автонюк, Е.М. Душин и др.; Под ред. Е.М.Душина. Основы метрологии и электрические измерения. Л: Энергоатомиздат. Ленингр.отд – ние, 1987. (для изучения стр. 400 - 411).
А.А. Наумов, С.В. Барсукова
ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ В ЦЕПИ
ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Лабораторная работа № 3
по курсу
«Метрология, стандартизация и сертификация»
(Кафедра теоретических основ электротехники КГЭУ)
Редактор издательского отдела
Изд. лиц. ИД № 03480 от 08.12.00 Темплан издания КГЭУ 2003 г.
Подписано к печати Формат бумаги 60х84/16
Гарнитура «Times» Вид печати РОМ Бумага «Business»
Физ. печ. л. Усл. печ. л. Уч.-изд. л.
Тираж Заказ
Издательский отдел КГЭУ
420066, Казань, Красносельская, 51
Типография КГЭУ
420066, Казань, Красносельская, 51