Лабораторные работы / Лб-5

Министерство науки и ВЫСШЕГО образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»

Центр цифровых

образовательных технологий

13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

Измерение мощности прямым и косвенным методами

Лабораторная работа № 5

Вариант - 3

по дисциплине:

Метрология, стандартизация и сертификация

Исполнитель:
студент группы	5А94		Милёшкин А.А.		14.04.2022
Руководитель:
Преподаватель			Кравченко Е.В.

Томск – 2022

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

Задачами лабораторной работы являются:

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

• проведение серии экспериментов для различных видов нагрузки;

• определение значений мощности по полученным экспериментальным данным.

Теоретический материал

Определение полной, активной и реактивной мощностей

Под активной мощностью электрической цепи Р понимают среднее значение мгновенной мощности р за период Т:

Если от изменяется по синусоидальному закону, то есть , напряжение на участке цепи , то

Физически активная мощность представляет собой энергию, которая выделяется в единицу времени в виде теплоты на участке цепи в сопротивлении R. Так как , то

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 выражается в вольт-амперах (В·А), единица измерения активной мощности – Ватт (Вт).

Методика измерения мощности

Измерение мощности обычно производят с помощью ваттметра электродинамической системы, в котором имеется две катушки – неподвижная и подвижная.

Подвижная катушка, выполненная из очень тонкого провода, имеет практически чисто активное сопротивление и называется параллельной обмоткой. Ее включают параллельно участку цепи. Она может вращаться в магнитном поле, создаваемом неподвижной катушкой.

Неподвижная катушка, выполненная из толстого провода, имеет очень малое активное сопротивление и называется последовательной обмоткой. Ее включают в цепь последовательно.

Рис. 1 Ваттметр в составе электрической схемы

На схемах ваттметр обозначается так, как показано на рисунке 1. Одна пара концов (расположена горизонтально) принадлежит последовательной обмотке, другая пара концов (расположена вертикально) принадлежит параллельной обмотке. На концах одноименных зажимов обмоток (у начала или конца обмотки) принято ставить точки

Ход работы:

Опыт 1

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

Рис. 2 Схема экспериментальной цепи

Порядок выполнения первого опыта:

1. Установить регулятор напряжения Автотрансформатора на отметку U В (см. табл. 1.23).

2. Подключить контакт К1 выхода Автотрансформатора к контакту К1 панели «Измеритель мощности».

3. Подключить контакт К2 выхода Автотрансформатора к контакту К2 панели «Измеритель мощности».

4. Подключить контакт К3 панели «Измеритель мощности» к гнезду 7 мультиметра 1 (рис. 1.1).

5. Перевести Мультиметр 1 в режим измерения переменного тока, предел измерения 10 А.

6. Подключить гнездо 9 мультиметра 1 (рис. 1.1) к контакту К1.1 Активной нагрузки панели «Блок нагрузок».

7. Подключить контакт К1.2 Активной нагрузки панели «Блок нагрузок» к гнезду 10 мультиметра 2 (рис. 1.1).

8. Подключить гнездо 9 мультиметра 2 (рис. 1.1) к контакту К2.1 активной нагрузки панели «Блок нагрузок».

9. Подключить контакт К2.2 активной нагрузки панели «Блок нагрузок» к контакту К4 панели «Измеритель мощности».

10. Включить питание лабораторной установки, Мультиметр 1, перевести Мультиметр 2 в режим измерения переменного напряжения, предел измерения установится автоматически.

11. Показания мультиметров и измерителя мощности занести в таблицу 1.20.

12. Повторить измерения еще 9 раз с интервалом времени 10 с, результаты занести в таблицу 1.20.

13. Не поворачивая регулятор напряжения автотрансформатора, отключить питание лабораторной установки, мультиметры.

В таблице 1 представлены результаты первого опыта.

Расчет математического ожидания будем вести по формуле:

Расчет дисперсии экспериментальных данных будем вести по формуле:

Расчет среднеквадратичного отклонения экспериментальных данных будем вести по формуле:

– число экспериментов, равно 10;

– значение результата в i-том опыте.

Пример расчета для U, В:

Опыт 2

На рисунке 3 приведена схема для измерения мощности в цепи с активной и реактивной нагрузкой.

Рис. 3 Схема экспериментальной цепи

Порядок выполнения второго опыта:

1. Установить регулятор напряжения Автотрансформатора на отметку U В (см. табл. 1.23).

2. Подключить контакт К1 выхода Автотрансформатора к контакту К1 панели «Измеритель мощности».

3. Подключить контакт К2 выхода Автотрансформатора к контакту К2 панели «Измеритель мощности».

4. Подключить контакт К3 панели «Измеритель мощности» к гнезду 7 мультиметра 1 (рис. 1.1).

5. Перевести Мультиметр 1 в режим измерения переменного тока, предел измерения 10 А.

6. Подключить гнездо 9 мультиметра 1 (рис. 1.1) к контакту К1.1 Активной нагрузки панели «Блок нагрузок».

7. Подключить контакт К1.2 активной нагрузки панели «Блок нагрузок» к контакту К3.2 емкостной нагрузки панели «Блок нагрузок».

8. Подключить контакт К2.1 активной нагрузки панели «Блок нагрузок» к контакту К4.1 емкостной нагрузки панели «Блок нагрузок».

9. Подключить контакт К2.2 активной нагрузки панели «Блок нагрузок» к контакту К4 панели «Измеритель мощности».

10. Подключить контакт К3.1 емкостной нагрузки панели «Блок нагрузок» к гнезду 10 мультиметра 2 (рис. 1.1).

11. Подключить гнездо 9 мультиметра 2 (рис. 1.1) к контакту К4.2 емкостной нагрузки панели «Блок нагрузок».

12. Включить питание лабораторной установки, Мультиметра 1, перевести Мультиметр 2 в режим измерения переменного напряжения, предел измерения установится автоматически.

13. Показания мультиметров и измерителя мощности занести в таблицы 1.21 и 1.22.

14. Повторить измерения еще 9 раз с интервалом времени 10 с, результаты занести в таблицы 1.21 и 1.22.

15. Плавно повернуть регулятор напряжения автотрансформатора против часовой стрелки до упора, установить указатель регулятора на отметку «0 В», отключить питание лабораторной установки, мультиметры.

В таблице 2 представлены результаты второго опыта.

В таблице 3 представлены результаты расчета

Пример расчета для опыта 2:

Вывод: В ходе выполнения лабораторной работы были изучены различные виды мощности в электрической цепи, а именно активная, реактивная и полная мощности. Также освоены методы измерения мощности в электрической цепи – прямой и косвенный.

Активная мощность в данном случае – это тепло (свет), выделяемое лампой накаливания. Реактивная мощность – это мощность, выделяемая на конденсаторе.

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.

Пример активной нагрузки: нагревательный элемент в чайнике, лампа накаливания.

Пример реактивной нагрузки: (электродрели, «болгарки», штроборезы), различная бытовая электронная техника.

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

Коэффициент мощности – это безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя переменного электрического тока с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей и мощности искажения. Измеряется в относительных единицах.

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

Генераторы, электродвигатели характеризуются обоими видами мощностей. Реактивной, так как обмотки этих электрических машин можно представить в виде индуктивных элементов. Активной, так как эти обмотки нагреваются под воздействие протекающего тока, что обуславливает выделение активной мощности.

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 существенно не нарушало режим работы цепи, последовательная цепь 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 130302 Электроэнергетика и электротехника.