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

29779. Цепи вызова абонентом и опроса вызывающего абонента П-194М по принципиальной схеме 49 KB
  Вопрос 1. Цепи вызова абонентом и опроса вызывающего абонента П-194М по принципиальной схеме. Назначение и основные ТТХ радиорелейной станции Р-409МА. Состав ВЧ оборудования Р-409МА, назначение блоков. Опрос абонента коммутатора П-194М.
29780. Цепь прохождения разговора между двумя абонентами П-194М по принципиальной схеме 474 KB
  2: При работе станции в поддиапазоне А частоты возбудителя лежат в пределах 60120 мГц а в поддиапазонах Б и В в пределах 6011199 мГц. В сменных блоках передатчиков обеспечивается или только усиление А или усиление и умножение частоты колебаний возбудителя Б В. Отличие заключается лишь в том что в приемниках поддиапазонов Б и В дополнительно применено соответственно удвоение и учетверение частоты первого гетеродина блока Б2 общего для трех поддиапазонов станции. Как видно из рисунков в приемниках применено двойное...
29781. Цепь посылки вызова абонента АТС по СЛ с коммутатора П-194М по принципиальной схеме 354 KB
  Для обеспечения диапазонной кварцевой стабилизации частоты в возбудителе применена частотная автоматическая подстройка частоты генератора плавного диапазона по эталонному кварцевому калибратору источнику сетки опорных частот. Структурная схема возбудителя по назначению и принципу работы может быть разделена на три части: Тракт высокой частоты состоящий из генератора плавного диапазона частотного модулятора с компенсирующим усилителем и усилителя высокой частоты т. устройств обеспечивающих генерирование усиление и частотную...
29782. Цепь дистанционного управления радиостанцией П-194М по принципиальной схеме 77.5 KB
  После ответа требуемого абонента телефонист переводит ключ ОВ в среднее положение. При этом абоненты остаются соединенными шнуровой парой коммутатора, а приборы рабочего места от цепи разговора отключаются. Разговорные токи между абонентскими телефонными аппаратами пройдут по цепи
29783. Назначение и принцип работы источников вызова П-194М по принципиальной схеме 82 KB
  Назначение и принцип работы источников вызова П194М по принципиальной схеме. Источники вызова их назначение и принцип работы. Вызывные приборы рабочего места телефониста предназначены для посылки вызова абоненту. Вызывной трансформатор служит для понижения напряжения сети переменного тока 127 220 В до напряжения 80В используемого для посылки вызова абоненту.
29784. Назначение и ТТХ линейного телеграфного коммутатора П-190(192) 63.5 KB
  Назначение и ТТХ линейного телеграфного коммутатора П190192. Назначение состав и основные тактикотехнические характеристики коммутатора П190. НАЗНАЧЕНИЕ Комплект линейнотелеграфного коммутатора П190 предназначен для оборудования линейнотелеграфных кроссов и аппаратных а также для каблирования вводов узлов связи. Комплект коммутатора предназначен для работы в диапазоне температур окружающего воздуха от 0 до f50C также при относительной влажности воздуха не выше 95 о и температуре 25С.
29785. Классификация полевых кабелей связи. Конструкция и маркировка кабелей 63.5 KB
  Полевые кабели связи. Современные кабели связи классифицируются по ряду признаков в зависимости от назначения и области применения условий прокладки и эксплуатации спектра передаваемых частот конструкции материала и формы изоляции системы скрутки рода защитных покровов. В первую очередь кабели связи подразделяются на две основные группы: полевые и стационарные. Стационарные кабели предназначены для продолжительной службы; они обладают высокими и стабильными электрическими характеристиками и большой дальностью связи.
29786. Назначение, конструкция и ТТХ легкого полевого кабеля П-274М (внутриузлового кабеля ПТРК-5х2, кабеля дальней связи П-296М) 647 KB
  Назначение конструкция и ТТХ легкого полевого кабеля П274М внутриузлового кабеля ПТРК5х2 кабеля дальней связи П296М. Стальные проволоки выполняют роль грузонесущего элемента и обеспечивают необходимую прочность кабеля на разрыве. № п п Характеристика Кабель П274М П2 П268 П4 1 Емкость кабеля число пар 1 1 1 2 2 Наружный диаметр изолированной ТПЖ не более мм 23 17 34 22 3 Наружный диаметр оболочки кабеля мм 40 1 73 4 Прочность на разрыв кг 80 80 130 150 5 Строительная длина м на ТК2 П280М1 барабане типа Б...
29787. Принцип формирования линейного спектра сигналов аппаратуры П-327-2 по структурной схеме 72 KB
  Эксплуатационные измерения основных параметров кабелей. Измерение параметров полевых линий связи по постоянному и переменному току Эксплуатационные измерения линий связи проводятся с целью установления соответствия их параметров нормам а так же определения характера и места повреждения в случае аварии на линии. Эксплуатационные измерения производятся при:...