Устройство экспериментальной установки

Схема экспериментальной установки для изучения мощности переменного тока и принципа действия электрического счетчика показана на рисунке 20.5. Она состоит из электрического счетчика, ваттметра, амперметра, двух вольтметров, ползункового реостата, батареи конденсаторов и переключателя. Электрический счетчик ЭС используется для подсчета количества теплоты, выделяемой на активном сопротивлении за времяt; ваттметрWдля измерения мощности в цепи переменного тока. АмперметрIи вольтметрV₁служат для измерения силы тока и напряжения в цепи; вольтметрV₂используется для измерения напряжения на участках цепи (на активном сопротивленииR_Aили на батарее конденсаторовC) и подключается через переключательS.

Ваттметр, используемый в работе, является прибором ферродинамической системы. При включении ваттметра в цепь зажимы, обозначенные φ и U, соединяются накоротко одним проводником и затем присоединяются к источнику тока (через счетчик ЭС). Другим проводом последовательно в цепь включаются неподвижная катушка ваттметра и амперметр I. В зависимости от величины тока в цепи этот провод подключается к разным зажимам I на ваттметре (например, 2,5 А или 5 А). затем параллельно в цепь подключается подвижная часть ваттметра- рамка с ферромагнитным сердечником, при этом зажим подключается к источнику тока (через счетчик ЭС). Переключателем предела напряжения можно менять предел измерений по напряжений. Шкала ваттметра проградуирована для измерения мощности переменного тока промышленной частоты (50 Гц). Предел измерения мощности при выбранных пределах U и φ равен произведению величин, например: при φ=2,5 А и U= 300 В мощность Р= 750 Вт.

Методика определения коэффициента мощности cos , активного сопротивления ra, и емкости конденсатора с, расчета постоянной электрического счетчика

Коэффициент мощности cosв цепи переменного тока можно определить, зная мощность, силу тока и напряжение по формуле (20.21).

Для этого необходимо измерить указанные параметры с помощью ваттметра, амперметра и вольтметра соответственно.

Активное сопротивление R_Aможно рассчитать, измерив с помощью вольтметра и амперметра напряжение и силу тока на участке цепи, обладающим таким сопротивлением (т.е. на реостате):

. (20.28)

Емкость каждого конденсатора C_i можно рассчитать, зная емкость всего блокаС. Схема соединения изображена на рисунке 20.5. Все конденсаторы в блоке одинаковы. Емкость блока можно найти из формулы (20.13), рассчитав его емкостное сопротивление:

(20.29)

Таким образом,

. (20.30)

Количество теплоты Q , выделившееся на активном сопротивлении за времяt, можно найти, используя электросчетчик. Для этого необходимо воспользоваться или цифровой шкалой счётчика или посчитать число оборотовN₁диска за время наблюденияt₁. Считая постояннуюАизвестной,Qможно найти по формуле (20.26). Экспериментальную постоянную счетчика можно рассчитать, зная, при мощностиРв цепи за времяt₂диск счетчика делаетN₂оборотов. Иначе:

. (20.31)

Порядок выполнения работы

1. Познакомьтесь со схемой включения приборов и их характеристиками.

2. Включите установку в сеть. Установите в цепи с помощью реостата такой ток, чтобы ваттметр показывал не меньше 50 Вт.

3. Измерьте мощность, силу тока и напряжение. Вычислите коэффициент мощности cosпо формуле (20.21).

4. Данные запишите в таблицу 20.1.

5. Подключите вольтметр V₂с помощью переключателяSк реостату, поставив тумблер переключателяSв положениеR. Измерьте напряжение на активном сопротивленииR_A. РассчитайтеR_Aпо формуле (20.28).

6. Измените предел измерений вольтметра V₂ , поставив переключатель пределов на максимальное значение (Внимание! В случае невыполнения этого пункта в дальнейшей работе вольтметр V₂ выйдет из строя!).

7. Переключите тумблер Sв положениеСпосле чего измерьте напряжениеU_С на реактивном сопротивленииR_С. Рассчитайте сопротивление по формуле (20.28).

8. Подсчитайте емкость одного конденсатора, используя схему включения четырех конденсаторов в батарею.

9. Данные запишите в таблицу 20.1.

10. Пользуясь соотношением (20.14), и учитывая, что в данной схеме индуктивность отсутствует, вычислите cosи сравните с раннее полученным.

11. Измерения повторите при другом (большем) значении активного сопротивления.

12.Определите относительную и абсолютную ошибку измерения cos, вычислив их согласно формуле (20.21). А именно:

δcos=δP+δI+δU.(20.32)

cos=δcos /100%, т.к. (cos)_max=1.

13. Данные запишите в таблицу 20.2.

14. Рассчитайте постоянную Аэлектрического счетчика по формуле (20.27).

15. Используя счетчик электроэнергии, по формуле (20.1) рассчитайте количество теплоты, выделившееся на активном сопротивлении R_Aза времяt(3-5 мин.). Для этого подсчитайте число оборотов диска счетчикаN₁за времяt₁, используя секундомер.

16. Рассчитайте постоянную счётчика экспериментально по формуле (20.31), измерив время t₂, за которое диск счётчика делает 20-30 оборотов, и пользуясь при этом показаниями ваттметра.

17. Посчитайте относительную погрешность счётчика

δА=((А_эксп-А/А)·100%.

Сравните с классом точности этого прибора, указанным на его шкале.

18. Данные запишите в таблицу 20.3.

Таблица 20.1–Расчет коэффициента мощности, активного сопротивления и емкости конденсатора

P, Вт	I, А	U, В	сos	, В	RA, Ом	UC, В	RC, Ом	C, Ф	C1, Ф

Таблица 20.2– Расчет количество теплоты на сопротивленииR_A.

t1, c	N1, об	Q1, Дж	t2, c	N2, об	Q2, Дж

Таблица 20.3–Расчет относительной и абсолютной ошибки измерения коэффициента мощности

Предел измерения приборов			Класс точности приборов			W, %	I, %	U, %	cos, %	cos
W, Br	I, A	U, B	W	I	V