
- •Измерение электрических величин
- •Часть 1
- •А.В. Ганькин
- •Техника безопасности при выполнении лабораторных работ
- •Порядок выполнения лабораторных работ
- •Указания к выполнению лабораторных работ
- •Предварительная подготовка к проведению лабораторных работ
- •Основные сведения
- •Основные параметры средств измерений
- •Часть 1. Поверка амперметра магнитоэлектрической системы
- •Лабораторная работа № 2 Изучение приборов электромагнитной системы
- •Теоретическая часть
- •Лабораторная работа № 3 Измерение постоянного тока и напряжения
- •Часть 1. Поверка вольтметра магнитоэлектрической системы
- •Часть 2. Измерение силы постоянного тока косвенным методом
- •Лабораторная работа № 4
- •Часть 1. Измерение переменного тока и напряжения при помощи выпрямительного моста
- •Часть 2. Оценка влияния постоянной составляющей напряжения на показания вольтметра.
- •Лабораторная работа № 5 Расширение пределов измерения амперметра и вольтметра при помощи шунта и добавочного сопротивления
- •Лабораторная работа № 6
- •5. Душин е. М. Основы метрологии и электрические измерения. -м. Энергоатомиздат, 1987. -480 с.
- •6. Евтихеев н.Н., Купершмидт а.А., Популовский в.Ф., Скугоров в.Н. Измерение электрических и неэлектрических величин. – м. Энергоатомиздат, 1990. -352 с.
- •8. Крекрафт д., Джерджли с. Аналоговая электроника. Схемы, системы, обработка сигнала. Перевод с английского а.А.Кузьмичевой под редакцией а.А.Лапина. –м., Техносфера. -2005. -359 с.
Лабораторная работа № 6
Измерение активной и реактивной мощности при различных видах нагрузки
Цель работы: Ознакомится с прямым методом измерения активной мощности и косвенным методом измерения полной мощности, определить класс точности ваттметра.
Оборудование: модули: «Нагрузка», «Автотрансформатор», «Мультиметры», «Ваттметр»; соединительные проводники.
Теоретическая часть
Протекание тока по электрической цепи сопровождается потреблением энергии от источника. Скорость поступления энергии характеризуется мощностью. Различают мгновенную, среднюю, активную, реактивную и кажущуюся (полную) мощности. Под мгновенной мощностью условились понимать произведение мгновенного значения напряжения u на участке цепи на мгновенное значение тока i, протекающего по этому участку:
Под активной мощностью P понимают среднее значение мгновенной мощности за период T:
Если
сила тока в цепи
а напряжение на измеряемом участке
то
где U, I – действующее значение напряжения и тока соответственно;
φ – угол сдвига фаз между током и напряжением.
Активная мощность представляет собой энергию, которая выделится в единицу времени в виде тепла на сопротивлении R..
Под реактивной мощностью понимают произведение напряжения U на участке цепи на ток I, протекающий по этому участку, на синус угла φ между ними:
Реактивную мощность принято измерять в вольт-амперах реактивных (вар). Реактивная мощность характеризует собой ту энергию, которая обменивается между собой генератор и приемник.
Кажущаяся (полная) мощность S равна произведению:
В лабораторной работе активная мощность измеряется цифровым ваттметром. Кажущаяся мощность измеряется косвенным методом, путем перемножения показаний вольтметра и амперметра.
Порядок выполнения лабораторной работы
Изучить теоретический материал достаточный для выполнения лабораторной работы. Ответить на контрольные вопросы и получить у преподавателя допуск к проведению лабораторной работы.
Собрать схему электрическую соединений лабораторного стенда для измерения мощности (рисунок 6.1). Монтаж схемы производить при отключенном питании.
Для монтажа использовать:
PA1 – мультиметр 1 в режиме измерения переменного тока до 10А;
PV1 – мультиметр 2 в режиме измерения переменного напряжения до 20В;
PW1 – ваттметр модуля «Ваттметр».
Z1 – сопротивление нагрузки в качестве, которого используются: резистор Rн2 (активная нагрузка) и дроссель L1 (активно-индуктивная).
TV2 – автотрансформатор.
Повернуть ручку регулирования выходного напряжения против часовой стрелки до упора.
Установить резистор RН1 модуля «Нагрузка» на место сопротивления Z1 (рисунок 8.1).
Последовательно включить автоматический выключатель и устройство защитного отключения «Сеть». Включить мультиметры.
Рисунок 6.1 – Схема электрическая соединений лабораторного
стенда для измерения мощности в цепи однофазного переменного тока
Увеличивая напряжение автотрансформатора от 0 до 24 В с шагом 2 В (контролируя величину напряжения вольтметром PV1), заносить показания вольтметра, амперметра и ваттметра в таблицу 6.1.
Повторить измерения согласно пункту 3 при уменьшении напряжения от 24 В до 0 при тех же значениях.
Таблица 6.1 – Результаты измерений мощности цепи с активной нагрузкой
№ опыта |
1 |
2 |
… |
N |
IPA1ум, А |
|
|
|
|
UPV1ум, В |
|
|
|
|
WPW1ум, Вт |
|
|
|
|
IPA1ув, А |
|
|
|
|
UPV1ув, В |
|
|
|
|
WPW1ув, Вт |
|
|
|
|
Отключить питание стенда автоматическим выключателем и устройством защитного отключения «Сеть». Подключить дроссель L1(активно-индуктивная нагрузка) на место сопротивления нагрузки Z1.
Повернуть ручку регулирования выходного напряжения автотрансформатора против часовой стрелки до упора.
Последовательно включить автоматический выключатель и устройство защитного отключения «Сеть». Включить мультиметры.
Увеличивая напряжение автотрансформатора от 0 до 24 В с шагом 2 В (контролируя величину напряжения вольтметром PV1), заносить показания вольтметра, амперметра и ваттметра в таблицу 6.2.
Повторить измерения согласно пункту 6 при уменьшении напряжения от 24 В до 0 при тех же значениях.
Таблица 6.2 – Результаты измерений мощности цепи с активно-реактивной нагрузкой
№ опыта |
1 |
2 |
… |
N |
IPA1ум, А |
|
|
|
|
UPV1ум, В |
|
|
|
|
WPW1ум, Вт |
|
|
|
|
IPA1ув, А |
|
|
|
|
UPV1ув, В |
|
|
|
|
WPW1ув, Вт |
|
|
|
|
После завершения экспериментов и проверки результатов преподавателем необходимо разобрать схему, предоставить стенд в полной комплектности и исправности преподавателю или лаборанту.
Обработка результатов
По данным таблиц 6.1 - 6.2 рассчитать среднее значение силы тока, напряжения и мощности для каждого пункта измерения по формулам:
Полученные значения занести в таблицу 6.3.
Рассчитать значение полной мощности для цепи с активной и активно-реактивной нагрузками по формуле:
Полученные зачения занести в таблицу 6.3.
Полная мощность в сети с активной нагрузкой равна активной мощности, поэтому класс точности ваттметра определяется по данным раздела «активной нагрузки» таблицы 6.3. Считая мощность PUI, измеренную мультиметрами, образцовой, рассчитать относительную δ и приведенную γ погрешности измерения по формулам (2) и (3) (раздел «Основные сведения»). Определить класс точности ваттметра, как максимальное значение приведенной погрешности, сравнить с техническими данными прибора.
Таблица 6.3 – Расчетные данные измерения мощности
Тип нагрузки |
№ п.п. |
1 |
2 |
… |
N |
активная |
IPA1, А |
|
|
|
|
UPV1, В |
|
|
|
|
|
PPW1, Вт |
|
|
|
|
|
PUI, ВA |
|
|
|
|
|
δ, % |
|
|
|
|
|
γ, % |
|
|
|
|
|
активно-индуктивная |
IPA1, А |
|
|
|
|
UPV1, В |
|
|
|
|
|
PPW1, Вт |
|
|
|
|
|
PUI, ВA |
|
|
|
|
Обратить внимание, что в цепи с активно-индуктивной нагрузкой активная мощность меньше полной.
Контрольные вопросы
Что характеризует электрическая мощность в цепи с нагрузкой?
Назовите основные виды электрической мощности, приведите их определение.
Какими методами в лабораторной работе измеряется полная и активная мощности?
Приведите определение относительной, приведенной погрешностей и класса точности прибора.
Почему полное значение электрической мощности цепи с активно-реактивной нагрузкой отличается от значения активной мощности, в какую сторону?
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алексеев В.В. Метрология, стандартизация и сертификация. -М. Издательский центр «Академия», 2010. -379 с.
2. ГОСТ 23217-78. Приборы электроизмерительные аналоговые с непосредственным отсчетом.
3. Дворяшин Б.В. Метрология и радиоизмерения. -М. Издательский центр «Академия», 2005. -526 с.
4. Драхсел Р. Основы измерительной техники. -М.: Энергоатомиздат, 1982. - 393 с.