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

23 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

13883. При обычном положении дел спрос на товар предшествует предложению 14.64 KB
  При обычном положении дел спрос на товар предшествует предложению. Д. Отри. Основным законом рынка является закон спроса и предложения. Спрос это поведение фактических и потенциальных покупателей обозначающее их желание приобрести товар на рынке. Спрос...
13884. Политическая партия- это союз людей, которые соединились для того, чтобы добиться нужных им всем законов 15.07 KB
  Политическая партия это союз людей которые соединились для того чтобы добиться нужных им всем законов И. Ильин Политическая партия общественная организация борющаяся за власть или за участие в осуществлении власти целью которой в конечном итоге. Является з...
13885. Плохие власти выбираются хорошими гражданами, которые не голосуют 14.97 KB
  Плохие власти выбираются хорошими гражданами которые не голосуют Д. Нейтан. Власть не легитимна если граждане не голосовали за неё не придя на выборы; мы все ответственны за то правительство которое имеем. Политическая власть это право способность и возможн...
13886. Налоги – это цена, которую мы платим за возможность жить в цивилизованном обществе 25.5 KB
  Налоги это цена которую мы платим за возможность жить в цивилизованном обществе О.Холмс. Платить налоги обязаны все так как это плата за возможность существовать цивилизованно. Налоги обязательные платежи государству которые в установленном законом порядке в
13887. Назначение человека в разумной деятельности 14.79 KB
  Назначение человека в разумной деятельности. Аристотель. Жизнь человека невозможна без деятельности. Деятельность это форма активности человека направленная на преобразование им окружающего мира. Субъектом деятельности является человек а объектом пред...
13888. Мир достаточно велик, чтобы удовлетворить нужды любого человека, но слишком мал, чтобы удовлетворить людскую жадность 14.79 KB
  Мир достаточно велик чтобы удовлетворить нужды любого человека но слишком мал чтобы удовлетворить людскую жадность. М. Ганди. Человек удовлетворяя свои нужды часто не задумывается о необратимых последствиях. Всё что необходимо человеку он получает из окружа
13889. Максимально адекватное отношение к себе – высший уровень самооценки 14.75 KB
  Максимально адекватное отношение к себе высший уровень самооценки А. Спиркин Эмоциональное отношение человека к самому себе или самооценка есть не что иное как явление сознания. Оно является отражением самосознания. Самосознание это психический феномен...
13890. Кто пользуется своим правом, тот не нарушает ничьего права 14.56 KB
  Кто пользуется своим правом тот не нарушает ничьего права. Принцип римского права. Закон опирается на право. Он помогает определить его смысл и границы ответственности за правонарушение. Право будучи системой общеобязательных правил поведения санкциониров...
13891. Конституция государства должна быть такой, чтобы не нарушать Конституцию гражданина 25.5 KB
  Конституция государства должна быть такой чтобы не нарушать Конституцию гражданина Конституция должна соответствовать моральным принципам человека и быть гарантом его прав и свобод. Конституция это основной закон государства. В отличие от других нормативнопра...