65823

ВИМІРЮВАННЯ ПОТУЖНОСТІ В КОЛАХ ПОСТІЙНОГО ТА ОДНОФАЗНОГО ЗМІННОГО СТРУМІВ

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

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...

Украинкский

2014-08-06

701.5 KB

14 чел.

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), 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;

PVпотужність,   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;

RVопір 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 RАопір 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 обертається 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 Програма роботи

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

  1.  Опрацювання результатів дослідів

3.1 Обчислити значення виміряної потужності. Результати

розрахунків записати у таблиці 2.1…2.4.

3.2 Обчислити відносні похибки вимірювання потужності δ.

  1.  Контрольні запитання

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  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

79879. РЕГУЛИРОВКИ В РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЕ 470.5 KB
  Автоматическая регулировка усиления АРУ ВАРУ временная автоматическая регулировка усиления БАРУ быстродействующая АРУ поддерживают выбранные показатели РЭА на требуемом уровне. Рассмотрим типовые схемы усилителей с автоматической регулировкой усилений АРУ. Схемы усилителя переменного напряжения с АРУ Усилители с дискретно регулируемым коэффициентом передачи. Схема усилителя с дискретно регулируемым коэффициентом передачи АВТОМАТИЧЕСКАЯ РЕГУЛИРОВКА УСИЛЕНИЯ Принцип действия и виды АРУ.
79880. Схемы специальных усилителей на ОУ 271 KB
  Напряжение на нагрузке Rн включенной в цепь ООС усилителя показана схема усилителя в котором нагрузка включена между выходами инвертирующего и неинвертирующего усилителей. Схема модифицированного двухканального усилителя показана модифицированная схема усилителя в котором дифференциальный усилитель выполнен на транзисторах V1 и V2.
79881. Логические функции и логические элементы. Представление информации физическими сигналами 2.73 MB
  Логические переменные хорошо описывают состояния таких объектов, как реле, тумблеры, кнопки, т.е. объектов, которые могут находиться в двух четко различимых состояниях...
79882. Типовые комбинационные устройства 2.34 MB
  В комбинационных схемах (КС) совокупность выходных сигналов в любой момент времени однозначно определяется входными сигналами, поступающими на входы в тот же момент времени. Закон функционирования КС определен, если задано соответствие между входными и выходными сигналами в виде таблицы
79883. Арифметические устройства 1.81 MB
  Примерами простейших конечных ЦА являются триггеры. Триггеры 4.1 RSтриггер Триггером Т называют логическую схему с положительной обратной связью имеющую два устойчивых состояния которые называются единичным и нулевым и обозначаются 1 и 0. Перевод триггера в единичное состояние путем воздействия на его входы называют установкой set триггера а устанавливающий сигнал и вход на который он воздействует обозначают S от set.
79885. Широкополосные усилители на транзисторах 131 KB
  Одним из наиболее распространенных и наиболее простых способов ВЧкоррекции с помощью частотнозависимой ООС является эмиттерная коррекция когда используется комплексная ООС в эмиттерной цепи с помощью цепи RэкорСэкор рис. Благодаря этой цепи в усилительном каскаде создается достаточно глубокая последовательная ООС по току. Конденсатор Сэ большой емкости шунтирует Rэ по переменному току на всех рабочих частотах поэтому частотнозависимая ООС создается только благодаря цепи RэкорСэкор. Для расширения полосы частот...
79886. Усилители постоянного тока. Операционные усилители 415.5 KB
  Коэффициент усиления Ку отношение приращения значения выходного напряжения к вызвавшему его изменению дифференциального входного напряжения. Входное сопротивление для синфазного сигнала rсф величина равная отношению приращения синфазного входного напряжения к приращению среднего входного тока ОУ rсф обычно на 1 2 порядка больше rвх.сф определяется как отношение изменения выходного напряжения к вызвавшему его изменению синфазного входного сигнала. Коэффициент влияния нестабильности источника питания Кп отношение изменения...