Метрология-681.2.М54 - часть 2

Т а б л и ц а 3.10 Результаты экспериментального определения фазных и линейных величин

6) Измерить активную и реактивную мощность фаз нагрузки.

Если к прибору одновременно подключить и фазное напряжение (Uизмер),

иток (Iизмер), то прибор автоматически вычисляет значения активной Рф и реактивной Qф мощности фазы нагрузки. Измерения проводятся правильно при соблюдении условий полярности:

черный проводник – к черной клемме прибора и к началу фазы, красный – к концу фазы (нулевой точке «звезды»);

метка * на клещах должна находиться со стороны источника.

Необходимо снять показания Рф и Qф с дисплея и занести их в табл. 3.10, после чего рассчитать суммарное значение мощности по всем трем фазам Рф общ

иQф общ.

7)Измерить угол сдвига фаз между фазными напряжением и током.

Подать на клеммы «Uопорн» фазное напряжение UА, не меняя положения клещей на фазе А и соблюдая перечисленные выше условия. Снять показание, соответствующее значению φА. При правильном подключении для данной нагрузки на дисплее выводится префикс L (индуктивный характер), при неправильном – С (емкостный характер). Измерить углы φ для всех фаз нагрузки и занести их в табл. 3.10.

8) Измерить активную и реактивную мощность нагрузки цепи с применением метода двух ваттметров. Порядок измерения следующий:

измерение активной мощности: к прибору подключаются линейные напряжение и ток в зависимости от заданного преподавателем варианта и в соответствии с выражениями (3.26), (3.27) или (3.28). Результат измерения по первому слагаемому указанных выражений принять за РW1, а по второму – за РW2. Экспериментально определить углы i по алгоритму, изложенному в п. 7;

70

измерение реактивной мощности: то же в соответствии с выражениями (3.33), (3.34) или (3.35). Измеренные значения принять за РW3 и РW4. Экспериментально определить углы i по алгоритму, изложенному в п. 7.

9) Определить активную мощность цепи Р в соответствии с выражением (3.30), реактивную мощность цепи Q в соответствии с выражением (3.36). Заполнить таблицу экспериментов и расчетов (табл. 3.11).

Таблица 3.11 Результаты экспериментов и расчета активной и реактивной мощности цепи

10) Рассчитать относительную погрешность измерения активной и реактивной мощности цепи:

В качестве измеренного значения Р и Q принять значения мощности, рассчитанные по результатам измерений (см. табл. 3.10, 3.11). Действительное значение P0 и Q0 определить по выражениям (3.25) и (3.31), используя полученные ранее значения фазных напряжения, тока и углов сдвига фаз (см. табл. 3.10).

11) Построить векторные диаграммы для измерения активной и реактивной мощности в соответствии с заданным вариантом. Примеры векторных диаграмм приведены на рис. 2.4, 2.5.

Построение векторных диаграмм начинается с изображения векторов фазного напряжения UА, UВ, UС. Векторы фазного тока IА, IВ, IС откладываются под углом φ от соответствующего фазного напряжения. После этого на диаграммах строятся векторы линейного напряжения, соответствующего заданному варианту, и определяются углы i и i.

71

Необходимо сравнить углы i и i, полученные в результате построения векторной диаграммы, с ранее найденными в п. 8 значениями и убедиться в их равенстве.

12) Сделать вывод о результатах измерения мощности в трехфазных электрических цепях различными способами, оценить значение погрешности измерений.

Контрольные вопросы

1)Какие электрические величины можно измерять с помощью прибора «Парма ВАФ-А»?

2)Пояснить принцип измерения напряжения, тока и угла сдвига фаз с помощью прибора «Парма ВАФ-А».

3)Как выразить активную и реактивную мощность трехфазной цепи при симметричной нагрузке через фазные и линейные ток и напряжение?

4)Пояснить принцип построения векторной диаграммы для измерения активной мощности трехфазной цепи (на примере своего варианта).

3.7. Лабораторная работа 7

ИСПЫТАНИЕ СВОЙСТВ МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Цель работы: определение динамических и статических характеристик магнитных материалов.

3.7.1. Основные теоретические сведения

При использовании магнитных материалов необходимо располагать их статическими и динамическими магнитными характеристиками. На основе измерения магнитных характеристик строятся приборы контроля электрических и физико-механических свойств материалов и изделий.

Магнитные характеристики ферромагнитных материалов определяются по параметрам статической и динамической кривой намагничивания. К статическим характеристикам относится основная кривая намагничивания – зависимость магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н, полученная на предварительно размагниченном образце. Основной кривой намагничи-

72

вания называют геометрическое место вершин симметричных петель гистерезиса, которые относят к динамическим характеристикам.

Компьютерные измерения реализуют осциллографический метод регистрации динамических петель в широком частотном диапазоне. Такой метод позволяет исследовать изменение формы и размеров динамической петли в зависимости от изменения сигнала намагничивания. Устройство для выполнения измерений представлено на рис. 3.19.

Рис. 3.19. Схема проведения измерений:

Г – низкочастотный генератор синусоидального сигнала;

МО – магнитный образец; w1, w2 – число витков в намагничивающей и измерительной обмотках; V – вольтметр; N – осциллограф

На два канала осциллографа подается напряжение, пропорциональное току в намагничивающей обмотке и производной от ЭДС во вторичной обмотке. На канал горизонтального отклонения Х подается напряжение, пропорциональное напряженности магнитного поля Н:

где w1 – число витков намагничивающей обмотки; lc – длина средней линии сердечника;

Нt – мгновенное значение напряженности намагничивающего поля.

73

Индукция магнитного поля определяется по выражению:

Проинтегрировав напряжение на выходе измерительной обмотки u2, при выполнении условия R2 >> 1/ C, для мгновенных значений индукции магнитного поля можно записать выражение:

где w2 – число витков измерительной обмотки;

S – площадь поперечного сечения сердечника; uc – значение напряжения на конденсаторе.

На канал вертикального отклонения Y подается напряжение uc, пропорциональное индукции магнитного поля В.

3.7.2. Порядок выполнения работы

1) Заполнить таблицу исходных данных (табл. 3.12) по данным индивидуального макета, содержащего магнитный образец.

Таблица 3.12

Параметры испытуемого образца

2)Подключить канал Х осциллографа к сопротивлению шунта Rш, канал Y – к емкости С, как показано на рис. 3.19.

3)Установить на генераторе Г3-118 заданное преподавателем напряжение Uвх max c частотой следования f = 50 Гц и проконтролировать это значение вольтметром V.

4)Проконтролировать измеренные напряжения uR(t) и uc(t) на экране мо-

нитора. Нарисовать графики в окне 10 8 см. Указать масштабы по каналам Х и У (mX, mY [В/дел.]) с учетом десятичного множителя, а также значение временной развертки (mт [мс/дел.]).

74

5) Рассчитать переводные коэффициенты для напряженности Н и индукции В, используя формулы:

При расчете переводных коэффициентов в формулы (3.42), (3.43) следует подставлять значения в системных единицах – lc [м], S [м2], С [Ф], R [Ом]. Заполнить табл. 3.13.

6) Выключить развертку по времени осциллографа для отображения динамической предельной петли гистерезиса B = f(H). Зарисовать график в окне 10 8 см, используя масштабы табл. 3.13 (рис. 3.20).

7)Произвести измерение характерных точек на петле гистерезиса и заполнить первую строку табл. 3.14.

8)Уменьшить входное напряжение, повторить процедуры измерения для частных петель гистерезиса. Последовательно произвести измерения в четырех точках, как указано в табл. 3.14. Кроме исходных данных входного напряжения

втабл. 3.14 записать рассчитанные значения параметров частных петель гисте-

резиса, амплитудные значения напряженности и индукции Hm, Bm, коэрцитивной силы Нс и остаточной индукции Br.

9)По данным амплитудных значений Hm, Bm, указанных в табл. 3.14 построить основную кривую намагничивания для испытуемого материала в окне

10 8 см, используя масштабы табл. 3.13.

75

Таблица 3.14

Результаты измерения магнитных характеристик

1

2

3

4

5

Рис. 3.20. Петля гистерезиса

Контрольные вопросы

1.Что характеризует площадь петли гистерезиса?

2.Назвать статические и динамические характеристики магнитных мате-

риалов.

76

3.8. Лабораторная работа 8

ИЗМЕРЕНИЕ ПОЛНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ ЭЛЕКТРОННЫМИ ПРИБОРАМИ

Цель работы: изучение работы электронного прибора ВМ-507 для измерения полных сопротивлений.

3.8.1. Основные теоретические сведения

Электронные аналоговые приборы представляют собой средства измерения, в которых преобразование сигналов измерительной информации осуществляется с помощью аналоговых электронных устройств. Выходной сигнал таких средств является непрерывной функцией измеряемой величины. Электронные приборы применяются при измерении практически всех электрических величин, их использование расширяет функциональные возможности средств измерения и обеспечивает высокий уровень метрологических характеристик. Широкое применение нашли электронные приборы для измерения сопротивления и фазы.

Наибольшее распространение получили омметры, схемы которых изображены на рис. 3.21, где ИСН – источник стабилизированного напряжения со значением на выходе Uo; У – усилитель постоянного тока; ОУ – операционный усилитель; ИМ – измерительный механизм; Rx – измеряемое сопротивление; Ro – образцовое сопротивление; Ux – напряжение, функционально связанное с измеряемым сопротивлением Rx.

В омметрах, построенных по схеме, представленной на рис. 3.21, а, используется усилитель с большим внутренним сопротивлением. Угол поворота подвижной части ИМа определяется так:

где k – коэффициент усиления.

В омметрах, построенных по схеме, представленной на рис. 3.21, б, в цепь обратной связи включено Ro. Величина коэффициента усиления k и входное сопротивление операционного усилителя выбираются большими, поэтому потенциалы входов У, определяемые как Ux/k, и входной ток практически равны ну-

77

лю. Следовательно, токи, проходящие через Ro и Rx, равны и справедливо соотношение:

а

Ro

б

Рис. 3.21. Структурные схемы измерения сопротивления:

а – с операционным усилителем; б – с усилителем постоянного тока

При измерении угла сдвига фаз электронными приборами наибольшее распространение получил метод преобразования фазового сдвига во временной интервал. Структурная схема такого метода представлена на рис. 3.22.

78

Рис. 3.22. Структурная схема измерения угла сдвига фаз

Синусоидальные сигналы u1 и u2, сдвиг по фазе между которыми измеряется, подаются на входы усилителей-ограничителей (УО), которые преобразуют их в симметричные сигналы прямоугольной формы (рис. 3.23, а, б). Сигналы, полученные с выходов управляемых мультивибраторов, показаны на рис. 3.23, в, г. Они формируют сигналы длительностью Т/2 и сдвинутые друг относительно друга на время Т, пропорциональное сдвигу по фазе . Эти импульсы поступают в дифференцирующую распределительную цепь (ДРЦ), на выходе которой получают остроконечные импульсы одинаковой формы (рис. 3.23, д). Выходные мультивибраторы формируют прямоугольные импульсы длительностью (Т/2 + Т) и (Т/2 – Т) (рис. 3.23, е). Показания магнитоэлектрического микроамперметра, включенного по схеме вычитания токов, пропорциональны среднему значению (постоянной составляющей) разности токов (рис. 3.23, ж) выходных мультивибраторов (ВМ) за период сигнала.

Вращающий момент М для выпрямительных приборов определяется по выражению:

где Icp – среднее значение тока на периоде Т.

В данном случае показания микроамперметра будут зависеть от скважности импульсов ( Т/(Т/2)). При Т = (Т/2) имеем = Т = (Т/2) = = 180 или в общем случае:

79