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

27601. Лишение права занимать определенные должности и заниматься определенной деятельностью. Лишение специального, воинского или почетного звания, классного чина и государственных наград. Понятие данных видов наказания, порядок и условия их применения 31.5 KB
  Лишение права занимать определенные должности и заниматься определенной деятельностью. Лишение права занимать определенные должности или заниматься определенной деятельностью состоит в запрещении занимать должности на государственной службе в органах местного самоуправления либо заниматься определенной профессиональной или иной деятельностью. Лишение права занимать определенные должности или заниматься определенной деятельностью может назначаться в качестве основного или дополнительного наказания. Лишение права занимать определенные должности...
27603. Лишение свободы как вид наказания. Сроки лишения свободы. Основания и порядок назначения вида исправительного учреждения. Отличие лишения свободы от ареста и ограничения свободы 43.5 KB
  Лишение свободы как вид наказания. Сроки лишения свободы. Отличие лишения свободы от ареста и ограничения свободы. Лишение свободы на определенный срок состоит в изоляции осужденного от общества на установленный в приговоре срок путем помещения его в одно из исправительных учреждений специально предназначенных для исполнения этого вида наказания.
27605. Массовые беспорядки (ст. 212 УК), понятие и виды этого преступления, отличие от хулиганства (ст. 213 УК) 33 KB
  Объект – общественная безопасность сопротивление представителям власти способное причинить вред здоровью и собственности большого числа людей. Объективная сторона: Массовые беспорядки это совершаемое большой группой людей толпой посягательство на общественную безопасность сопровождающееся насилием над людьми погромами поджогами уничтожением имущества применением огнестрельного оружия взрывчатых веществ или взрывных устройств оказанием вооруженного сопротивления представителям власти. Во время массовых беспорядков нарушается...
27606. Освобождение от наказания и его виды. Условно- досрочное освобождение от отбывания наказания, его основания и условия 34 KB
  Условно досрочное освобождение от отбывания наказания его основания и условия. Под освобождением от наказания следует понимать выраженное в акте суда амнистии помилования освобождение лица осужденного за совершение преступления приговором суда от назначения либо полного или частичного отбывания назначенного судом наказания по основаниям предусмотренным уголовным законом если будет признано что необходимость в применении дальнейшем применении уголовного наказания отсутствует. Освобождение от наказания как и освобождение от уголовной...
27608. Таможенное дело и таможенная политика Республики Беларусь 256 KB
  Таможенное право - одна из универсальных отраслей права, которое регулирует отношения в сфере внешнеэкономической деятельности. Таможенное регулирование занимает принципиальное положение в обеспечении экономической безопасности государства.