ЛБ5(мсис)

Министерство науки и ВЫСШЕГО образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»

Школа ИШЭ

Специальность 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

Отделение школы (НОЦ) ОЭЭ

ИЗМРЕНИЕ МОЩНОСТИ ПРЯМЫМ И КОСВЕННЫМ МЕТОДАМИ

Лабораторная работа № 5

Вариант - 10

по дисциплине:

Метрология, стандартизация и сертификация 1.1

Исполнитель:
студент группы	5А8Б		Овчинникова Дарья Андреевна		11.05.2021
Руководитель:	Кравченко Евгений Владимирович
преподаватель

Томск - 2021

Цель работы: изучить различные виды мощности в электрической цепи, освоить методы измерения мощности в электрической цепи.

Задачами лабораторной работы являются:

• Изучение методов активной, реактивной и полной мощности в электрических цепях;

• Проведение серии экспериментов для различных видов нагрузки;

• Определение значений мощности по полученным экспериментальным данным.

Теоретический материал

Физически активная мощность представляет собой энергию, выделяемую в единицу времени в виде теплоты на участке цепи в сопротивлении R:

Переменная мощность, идущая на увеличение магнитного или электрического полей или поступающая обратно в сеть, называется реактивной мощностью. Ее амплитуда определяется выражением:

Мощность, изменяющаяся с двойной частотой и имеющая амплитуду:

называется полной мощностью и, так же как и реактивная, выражается вольт-амперах (В·А), единица измерения активной мощности – Ватт (Вт).

Измерение мощности обычно производится с помощью ваттметра с электродинамической системой, которая включает в себя две катушки – неподвижную и подвижную.

Подвижная катушка выполняется из очень тонкого провода, и обладает практически только активным сопротивлением, она называется параллельной обмоткой. Она может вращаться в магнитном поле, создаваемом неподвижной катушкой, и включается параллельно участку цепи.

Неподвижная катушка выполняется из толстого провода и имеет очень малое активное сопротивление, называется последовательной обмоткой и включается в цепь последовательно.

Рис. 1. Ваттметр в составе электрической цепи

Ход работы

Опыт №1

На рисунке 2 приведена схема для измерения мощности в цепи с активной нагрузкой.

Рисунок 2. Схема экспериментальной цепи

Таблица 1. Результаты экспериментальных и расчетных данных первого эксперимента

№ эксперимента	Показание измерителя мощности				Показание образцовых приборов
	U,B	I,A	P,Вт	U,B		I,A	Q,BA
1	185	0,2	37	184,0		0,21	38,640
2	186	0,2	37	184,4		0,21	38,724
3	186	0,2	37	184,6		0,21	38,766
4	185	0,2	37	184,2		0,21	38,682
5	185	0,2	37	184,1		0,21	38,661
6	185	0,2	37	183,9		0,21	38,619
7	186	0,2	37	184,2		0,21	38,682
8	186	0,2	37	184,4		0,21	38,724
9	185	0,2	37	184,2		0,21	38,682
10	185	0,2	37	184,1		0,21	38,661
M(x)	185,4	0,2	37	184,21		0,21	38,684
D(x)	0,2667	0	0	0,0432		0	0,0019
σ(x)	±0,5164	0	0	±0,2079		0	±0,0437

Пример расчета для U, В:

• Математическое ожидание

• Дисперсия

• Среднеквадратичное отклонение

Опыт №2

Измерение мощности в цепи с активной и реактивной нагрузкой

Рис. 3. Схема экспериментальной цепи

Таблица 2. Результат второго эксперимента

№ эксперимента	Показание измерителя мощности		Показание образцовых приборов
	U, B	I, A	U, B	I, A
1	183	0,2	182,0	0,30
2	183	0,2	182,3	0,30
3	183	0,2	182,3	0,30
4	184	0,2	182,4	0,31
5	184	0,2	182,5	0,30
6	184	0,2	182,4	0,30
7	183	0,2	182,4	0,30
8	183	0,2	182,4	0,30
9	184	0,2	182,5	0,31
10	184	0,2	182,6	0,31
M(x)	183,5	0,2	182,38	0,303
D(x)	0,2778	0	0,0262	2,33∙
σ(x)	0,5271	0	0,1619	0,0048

Таблица 3. Результаты экспериментальных и расчетных данных эксперимента №2

№ эксперимента	Полная мощность, ВА	Активная мощность, Вт	Реактивная мощность, ВА	Угол сдвига фаз, рад
1	54,60	37	40,152	0,826
2	54,69	37	40,274	0,828
3	54,69	37	42,758	0,828
4	56,54	37	40,355	0,857
5	54,75	37	40,315	0,829
6	54,72	37	40,315	0,829
7	54,72	37	40,315	0,829
8	54,72	37	40,315	0,829
9	56,57	37	42,800	0,858
10	56,61	37	42,840	0,858

Угол сдвига фаз между током и напряжением найден по формуле:

Вывод: в лабораторной работе были изучены активная, реактивная и полная мощности в электрической цепи. Освоены методы измерения мощности в электрической цепи – прямой и косвенный. В основе этих методов лежит математическая статистика: математическое ожидание, дисперсия, среднеквадратичное отклонение.

Ответы на контрольные вопросы

1. В чем заключается отличие активной нагрузки от реактивной, приведите примеры таких нагрузок?

Главным отличием реактивной (емкостной и индуктивной) нагрузки – наличие емкости и индуктивности, которые имеют свойство запасать энергию и позже отдавать ее в сеть.

2. Что называется коэффициентом мощности, что характеризует эта величина, в каких единицах измеряется?

Безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя переменного электрического тока с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей и мощности искажения.

3. Каким типом мощности характеризуют генераторы и электродвигатели, трансформаторы, почему?

Полезная мощность, на которую рассчитан электродвигатель (генератор, трансформатор), называется номинальной. Все другие величины, которые характеризуют работу двигателя (генератор, трансформатор) при этой мощности, также называются номинальным.

4. Почему последовательная цепь ваттметров должна обладать малым, а параллельная – большим сопротивлением?

Неподвижная катушка ваттметра (последовательная цепь ваттметра) включается последовательно с сопротивлением нагрузки, а подвижная катушка (параллельная цепь ваттметра) – параллельно нагрузке. Для того чтобы включение ваттметра должна обладать малым сопротивлением, а параллельная цепь – относительно большим.

Список использованных источников

1. Методические указания к выполнению лабораторной работы «Измерение мощности прямым и косвенным методами» для студентов направления 140400 – Электроэнергетика и электротехника.

8