Контрольні запитання

1. Що таке потужність? У яких одиницях вимірюється потужність?

2. У яких випадках слід користуватися схемою рис. 1 і рис. 2 при вимірюванні потужності методом амперметра і вольтметра?

3. У чому недолік вимірювання потужності методом амперметра і вольтметра в порівнянні з методом ватметра?

4. Яка будова електродинамічного ватметра?

5. Чому шкала ватметра нерівномірна?

Робота 6

Тема роботи: вимірювання потужності споживачів в однофазних колах змінного струму

 

Мета роботи: вивчити особливості вимірювання потуж-ності в однофазних колах змінного струму, вивчити основні характеристики ватметрів та вимірювальних трансформаторів струму.

 

Теоретичні відомості

Для вимірювання активної потужності в однофазних колах змінного струму на частотах до 10 кГц використовують електро-динамічні та феродинамічні ватметри, а на вищих частотах – термоелектричні та електронні ватметри.

Ватметри вмикають у коло за схемою правильного вимі-рювання напруги (рис.6.1,а) або правильного вимірювання струму (рис.6.1,б).

а

б

Рис. 6.1. Схеми вимірювання потужності однофазного споживача змінного струму за допомогою ватметра

 Наявність вольтметра та амперметра дозволяє не тільки уникнути перевантаження кіл ватметра, а й визначити ряд параметрів споживача, таких як повна потужність, коефіцієнт потужності, еквівалентний опір тощо.

Крім потужності досліджуваного об’єкта Р_х, ватметр вимірює також потужність, яку споживають самі засоби вимірювання, що приводить до виникнення методичної похибки.

Так, для схеми правильного вимірювання напруги мето-дична похибка:

(6.1)

де - потужність споживана вольтметром і колом напруги ватметра. Для схеми правильного вимірювання струму:

. (6.2)

Вимірювання малих потужностей слід виконувати за тою схемою, яка б забезпечувала меншу методичну похибку. На практиці для врахування споживання приладів при вимірюванні потужності користуються схемою (рис.6.1,а), оскільки потужність, яку споживають вольтметр та коло напруги ватметра, можна визначити досить точно: опір вольтметра та опір кола напруги ватметра задаються для цих приладів з похибкою, яка не перевищує їх клас точності. Потужність виміряна ватметром:

, (6.3)

де - відлік по шкалі ватметра; - стала ватметра, Вт:

, (6.4)

де – границі вимірювання ватметра за напругою і струмом; – номінальний коефіцієнт потужності ватметра;

– максимальний відлік по шкалі ватметра.

Повна потужність споживача за схемою рис.6.1,а:

, (6.5)

де U_x – показ вольтметра, В; I_x – струм споживача, значення якого згідно з векторною діаграмою:

, (6.6)

де І = І_А – показ амперметра, А;

;

– косинус кута зсуву між струмом І та напругою U_X;

– струм, споживаний вольтметром;

– струм споживаний колом напруги ватметра.

Значення коефіцієнта потужності споживача:

, (6.7)

а значення реактивної потужності:

. (6.8)

 

Вимірювання потужності з використанням вимірюваль-них трансформаторів. Безпосереднє ввімкнення ватметра в коло споживача за схемами рис.6.1 використовують, коли значення струмів і напруг є до 10А і 600В відповідно.

Якщо струм споживача перевищує межу ватметра за струмом або, навпаки, є значно меншим від неї, використовують схему з вимірювальним трансформатором струму (ВТС) рис.6.2.

 Якщо напруга більша 600 В, використовують схему з вимірювальним трансформатором напруги і струму.

Використовуючи схему рис.6.2, значення потужності Р і струму І знаходять враховуючи номінальне значення коефіцієнта трансформації К_Ін:

і , (6.9)

де – стала, відлік і показ ватметра;

– стала, відлік і показ амперметра;

Номінальне значення коефіцієнта трансформації:

, (6.10)

де – номінальні значення первинного і вторинного струмів ВТС.

Рис. 6.2. Схема вимірювання потужності з використанням вимірювального трансформатора струму

У лабораторних ВТС номінальні струми дорівнюють:

І_1Н = 0,5; 1; 2; 2,5; 5; 7,5; 10; 15; 20; 25; 50; 75; 100; … 3000 А.

І_2Н = 5 А (рідко 1 А).

ВТС можна використовувати як для пониження, так і для підвищення струму, що протікає в колі ватметра. Границя вимірювання ватметра за струмом І_W не повинна бути менша від значення струму І_А в колі ватметра:

. (6.11)

Формули для вимірювання значень величин S_X, I_X, Q_X, cosφ_X справедливі і при вимірюванні потужності за схемою рис. 6.2.

 

Обладнання робочого місця:

1. Амперметр.

2. Вольтметр.

3.Ватметр.

4. З’єднувальні провідники.

Хід виконання вимірювань 

1. Вивчити особливості вимірювання потужності в однофазних колах змінного струму, основні характеристики ватметрів та ВТС. Характеристики вибраних приладів вимірювання записати до таблиці 3.

2. Вибрати оптимальні характеристики ватметра: клас точності, границі вимірювання струму та напруги, номінальне значення коефіцієнта потужності і схему вимірювання потужності споживача, яка б забезпечувала появу мінімального значення методичної похибки.

3. Скласти схеми та виконати вимірювання, результати записати до таблиць 1 і 2. Oбчислити значення активної, реактивної і повної потужностей, а також коефіцієнта потужності споживача.

4. Обчислити граничне значення абсолютної і відносної похибок вимірювання активної потужності. Записати результат вимірювання потужності з врахуванням похибки.

 

Таблиця 6.1

Вимірювання потужності споживачів однофазного кола змінного струму

№	Струм IА	Напруга UV	Cтала ватметра CW	Відлік шкали ватметра NW	Активна потужність споживача Pх	Реактивна потужність споживача Qх	Повна потужність Sх	Коефіцієнт потужності споживача cosφx	Гранична похибка вимірювання δ	Методична похибка вимірювання δМ	Результат вимірювання потужності P=PW±ΔP
	A	B	Вт		Вт	ВАР	ВА		%	%	Вт

Таблиця 6.2

Вимірювання потужності з використанням вимірювальних трансформаторів

№	Струм IА	Напруга UV	Коефіцієнт трансформації ВТС KIH	Cтала ватметра CW	Відлік шкали ватметра NW	Активна потужність споживача Pх	Реактивна потужність споживача Qх	Повна потужність Sх	Коефіцієнт потужності споживача cosφx	Гранична похибка вимірювання δ	Методична похибка вимірювання δМ
	А	В	А/А	Вт		Вт	ВАР	ВА		%	%

 

Таблиця 6.3

Технічні характеристики засобів вимірювання

Назва засобу вимірювання	Тип (система)	Границя вимірювання	Клас точності	Внутрішній опір