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

 

1. Изучить теоретический материал достаточный для выполнения лабораторной работы. Ответить на контрольные вопросы и получить у преподавателя допуск к проведению лабораторной работы.

2. 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 R_Н1 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.

4. 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

5. 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.

6. 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.

7. 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

8. После завершения экспериментов и проверки результатов преподавателем необходимо разобрать схему, предоставить стенд в полной комплектности и исправности преподавателю или лаборанту.

 

Обработка результатов

9. 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.

10. Рассчитать значение полной мощности для цепи с активной и активно-реактивной нагрузками по формуле:

 

Полученные зачения занести в таблицу 6.3.

11. 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 P_UI, 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

12. Обратить внимание, что в цепи с активно-индуктивной нагрузкой активная мощность меньше полной.

 

Контрольные вопросы

 

1. Что характеризует электрическая мощность в цепи с нагрузкой?

2. Назовите основные виды электрической мощности, приведите их определение.

3. Какими методами в лабораторной работе измеряется полная и активная мощности?

4. Приведите определение относительной, приведенной погрешностей и класса точности прибора.

5. 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.