новая папка 1 / 241565
.pdfстов постоянного и переменного тока.
3. Погрешность измерения. Определение и классификация.
4.Причины возникновения погрешностей измерения мостовыми методами
испособы их минимизации.
5.Особенности расчета чувствительности мостов.
Лабораторная работа №2 Анализ методов измерения мощности и электрической энергии
Цель работы: изучение методов измерения активной, реактивной мощности и энергии, коэффициента мощности в трехфазных сетях низкого напряжения.
1. Техника безопасности
Перед проведением эксперимента необходимо убедиться в том, что лабораторный стенд находится в выключенном состоянии. Затем проверить изоляцию соединительных проводов и собрать электрическую схему исправными проводниками. После проверки правильности монтажа исследуемой цепи лаборантом включить лабораторный стенд и выполнить опыт. Перед началом следующего опыта выключить питание от установки, собрать соответствующую электрическую схему и перед включением вновь показать лаборанту. В случае правильного монтажа подать напряжение и приступить к выполнению эксперимента. Необходимо придерживаться такой последовательности действий при выполнении всех опытов. В случае поданного напряжения запрещается выполнять присоединения или отключения соединительных проводов. Такие операции производятся только после отключения лабораторного стенда от питающей сети. При аварийном сра-
батывании автомата следует немедленно оповестить лаборанта или преподавателя. Возобновление работы допускается только после проверки стенда.
13
К выполнению лабораторной работы допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности, который проводится на первом занятии. По окончании инструктажа преподаватель и инструктируемые студенты заполняют журнал по технике безопасности и ставят свои росписи.
2.Задание
Входе выполнения лабораторной работы необходимо:
−ознакомиться с устройством используемых приборов и принципиальной схемой их включения в измерительную цепь;
−используя индукционный фазоуказатель проверить правильность чередования фаз напряжения, подведенного к лабораторному стенду;
−проверить счетчики на самоход;
−определить погрешность киловаттметра и счетчика активной энергии;
−повторить предыдущий пункт при наименьшем возможном cosφ;
−вычислить погрешность счетчика реактивной энергии;
−повторить предыдущий пункт при ином токе нагрузки и наименьшем возможном cosφ;
−рассчитать коэффициент мощности трехфазной цепи при заданных значениях нагрузки и определить погрешность фазометра.
3. Оборудование и средства исследований
Объектом исследований является трехфазная сеть низкого напряжения. В процессе проведения лабораторных экспериментов нагрузка исследуемой цепи изменяется, она может быть: активной; активно-индуктивной; активноиндуктивной с наименьшим значением коэффициента мощности. В процессе проведения лабораторных исследований применяются: электродинамические ваттметры и киловаттметр; индукционные счетчики активной и реактивной энергии; логометрический фазометр электродинамической системы; электромагнитные
14
амперметры и вольтметры; измерительные трансформаторы; проволочные реостаты; катушки индуктивности; механический секундомер, индукционный фазоуказатель.
4. Порядок выполнения
1. Проверка правильности чередования фаз напряжения. Подключить фазоуказатель к фазам сети A, B и C и подать напряжение. Кратковременно нажимая на кнопку фазоуказателя установить направление вращения диска. Вращение диска по часовой стрелке свидетельствует о верном чередовании фаз A, B и C. В про-
тивном случае следует поменять местами зажимы двух любых фаз сети. 2. Проверка счетчиков на самоход. Собрать схему по рис.3.
~220 |
kW |
|
|
cosφ |
|
|
|
kWh |
|
|
|
kVarh |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q
И1 И2 |
|
Л1 |
Л2 |
TTX |
И1 И2 |
|
|
|
|
|
TT0 |
Л1 |
TT |
Л2 |
|
|
|
|
Л1 |
Л2 |
|
||
|
|
|
A1 |
|
X |
|
||
|
|
|
И1 |
|
И2 |
|
|
|
A |
B |
C |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
RA |
|||
|
|
|
A2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Л1 |
TT |
Л2 |
|
|
|
|
|
A3 |
0 |
|
|
||
|
|
|
И1 |
|
И2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
XA |
N
XC XB
RC RB
Рис. 3. Электрическая схема исследуемой трехфазной цепи
15
Затем выполнить следующие операции: закоротить вторичные обмотки об-
разцовых трансформаторов тока TT0 и TT0 (зажимы И1 и И2); вывести ручку ре-
гулятора напряжения до упора влево, т.е. установить фазные токи IA IB IC 0 ;
подать напряжение на счетчики, включив автомат Q. При отсутствии тока нагрузки диски счетчиков должны быть неподвижны. Наличие самохода (движение диска) счетчика свидетельствует о его неисправности.
3. Определение погрешности киловаттметра и счетчика активной энергии. Собрать схему соединения двух ваттметров, представленную на рис.4.
a |
|
Л1 |
TT0 |
Л2 |
|
|
б |
U |
AB |
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И1 |
И2 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
B |
|
|
|
|
|
|
|
|
UA |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Л1 |
TT |
Л2 |
|
IA |
|
|
C |
|
|
|
|
0 |
|
|
||
|
|
|
|
И1 |
И2 |
|
300 |
|||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
* W |
|
* |
|
W |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
2 |
UCB |
IC |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
UC |
|
UB |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IB |
Рис. 4. К измерению активной мощности в трехфазной цепи: а – электрическая схема включения двух ваттметров; б – векторная диаграмма токов и напряжений
Активную нагрузку соединить в звезду и с помощью реостатов RA, RB, RC
установить равные линейные токи IЛ 2 6, А (по заданию преподавателя). От-
считать по секундомеру время t1 50 60 c., в течение которого диск счетчика сделает целое число оборотов n1. Полученные результаты свести в табл. 2.
Таблица 2
Экспериментальные данные к определению активной мощности
|
|
Измеренные данные |
|
|
|
|
Расчетные данные |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
kT T 0 |
kT T Х |
α1 |
α2 |
c |
t1 |
n1 |
Cсча |
Pkw |
P1 |
P2 |
|
PΣ |
γ |
Wд |
Wсч |
γ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
− |
дел. |
дел. |
Вт |
с. |
об. |
− |
Вт |
Вт |
Вт |
|
Вт |
% |
Вт с |
Вт с |
% |
дел. |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В табл. 2 приняты следующие обозначения: α1, α2 – отсчеты в делениях по шкалам ваттметров; kTT0,kTTX – коэффициенты трансформации образцового и щитового трансформаторов тока; c – цена деления ваттметра; Cсч.а – номинальная постоянная счетчика активной энергии; Pkw – значение мощности, полученное по шкале ваттметра с учетом коэффициента трансформации
Измерить величины линейных токов IЛ и линейных напряжений U Л . По-
вторить проделанные операции с индуктивной нагрузкой, а также с активно - индуктивной нагрузкой при наименьшем значении cosφ за счет последовательного включения катушки индуктивности в каждую фазу. Полученные значения за-
нести в табл. 2. Записать величины IЛ, UЛ и cosφ (по фазометру).
4. Вычисление погрешности счетчика реактивной энергии. Собрать электрическую схему включения ваттметров, изображенную на рис.5.
a |
A |
Л1 |
TT0 |
Л2 |
|
|
|
б |
|
UA |
|
|
|
|
|
|
И1 И2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IA |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UC |
|
|
|
|
|
|
TT |
|
|
|
|
60 |
0 |
|
|
||
|
|
|
|
Л1 |
Л2 |
|
|
|
|
|
|||||
|
C |
|
|
|
0 |
|
|
1200 |
|
|
|
||||
|
|
|
И1 |
И2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
R |
|
* |
|
|
|
IC |
|
|
|
|
|
|
|
* |
W |
* |
|
W |
|
|
U |
C |
|
|
IB |
U |
B |
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 5. К измерению реактивной мощности в трехфазной цепи: а – электрическая схема включения двух ваттметров; б – векторная диаграмма токов и напряжений
Обмотки напряжения присоединяются одним концом к проводам фаз А или С, а другим концом к искусственной нулевой точке, создаваемой сопротивлениями обмоток напряжения и добавочным сопротивлением R. Включить выключа-
тель Q и отсчитать с помощью секундомера время t2 50 60, c , в течение кото-
рого диск счетчика сделает целое число оборотов n2. Полученные результаты свести в табл. 3. Записать величины IЛ, UЛ и cosφ (по фазометру).
17
Таблица 3
Экспериментальные данные к определению реактивной мощности
|
|
Измеренные данные |
|
|
|
|
Расчетные данные |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
kT T 0 |
kT T |
α1 |
α2 |
c |
t2 |
n2 |
Cсч.р |
P1 |
P2 |
PΣ |
Q |
Wд |
Wсч |
γ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
− |
дел. |
дел. |
Вт |
с. |
об. |
− |
Вт |
Вт |
Вт |
Вар |
Вар с |
Вар с |
% |
|
|
|
|
дел. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номинальная постоянная счетчика реактивной энергии обозначена как Cсч.р. 5. Вычисление погрешности счетчика реактивной энергии при наименьшем значении cosφ и ином токе нагрузки. Изменяя сопротивления реостатов RA, RB, RC добиться наименьшего значения cosφ. С помощью ручки РН изменить величину тока нагрузки. Определить погрешность счетчика реактивной энергии. Опытные
данные записать в табл.3.
5.Примеры типовых расчетов
1.Расчетные параметры для табл.2 и табл.3 определяются следующим обра-
зом. Действительные показания активной мощности двух ваттметров P1 и P2 определяются по зависимостям
P1 α1 с kTT0 , P2 α2 с kTT0 .
Активная мощность трехфазной цепи с учетом коэффициента трансформа-
ции образцовых трансформаторов тока
P α1 α2 с kTT0 ,
где α1+α2 − сумма, которая соответствует углу φ<600; α1-α2 – разность, соответ-
ствующая углу φ>600. Сложение или вычитание α1±α2 производится в зависимости от переключения арретиров шкалы напряжения.
Приведенная погрешность киловаттметра рассчитывается по формуле
γ Pkw Pд Pном ,
где Pд – действительное значение мощности, определенное на основании показаний образцовых ваттметров и равное PΣ, Вт; Pном – конечное значение шкалы ки-
18
ловаттметра с учетом коэффициента трансформации kTTX, Вт.
Класс точности счетчика вычисляется по относительной погрешности
δ |
Wсч Wд |
100, |
(1) |
|
|||
|
Wд |
|
где Wсч – значение электрической энергии, вычисленное за рассматриваемый промежуток времени по показаниям счетчика, Вт∙с; Wд – действительное значение электрической энергии, полученное за этот промежуток времени по показаниям образцовых ваттметров, Вт∙с. Электрическая энергия, определенная по показаниям счетчика, рассчитывается по зависимости
Wсч Cсч.а n1 kTTX .
Номинальная постоянная счетчика активной энергии имеет вид
C 3600 1000 100,
сч.а |
Aoa |
|
где Aoa 1Cсч.а − передаточное число счетчика активной энергии, указанное на его щитке, т.е. 1 кВт ч Aoa оборотов диска.
Действительное значение электрической энергии описывается выражением
Wд P t1.
2. Класс точности счетчика реактивной энергии вычисляется по относ и- тельной погрешности в соответствии с выражением (1). В этом случае значения электрической энергии, определяемые по счетчику и образцовым приборам
Wсч Cсч.p n2 kTTX , Wд Q t1,
где Q 3 α1 α2 C kTT0 – действительное значение реактивной мощности,
рассчитанное по показаниям образцовых ваттметров, Вар; α1+α2 − сумма, которая соответствует углу φ>300; α1-α2 – разность, соответствующая углу φ<600. Знак определяется переключением арретиров шкалы напряжения ваттметров.
Номинальная постоянная счетчика реактивной энергии вычисляется по формуле
C 3600 1000 100,
сч.р |
Aop |
|
|
|
19 |
где Aop 1 Cсч.p − передаточное число счетчика реактивной энергии, указанное на его щитке.
3. Расчет коэффициента мощности трехфазной сети производится по одному из следующих методов:
a) по показаниям амперметра, вольтметра и киловаттметра с учетом коэффициента трансформации измерительных трансформаторов тока
cos |
|
|
P |
; |
|
||||
|
|
|
||
3 UЛ IЛ |
б) по показаниям двух ваттметров, включенных по схеме двух приборов для измерения активной мощности
|
|
|
P2 |
P1 |
, cos |
1 |
|
|
|
|
tg 3 |
|
; |
(2) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
P2 |
P1 |
1 tg2 |
|
|
|
в) расчетным путем на основании результатов измерений активной и реактивной мощности трехфазной цепи переменного тока
tg QP.
Приведенная погрешность фазометра определяется в процентах от длины шкалы по зависимости
γ A Aд LS 100,
где А – показания фазометра в значениях; Aд – действительное значение cosφ, рас-
считанное по формуле (2); S cos − чувствительность прибора в точке из-
мерения cosφ, ∆ℓ и ∆cosφ характеризуют участок шкалы между ближайшими отметками; L – длина шкалы фазометра.
6. Содержание отчета
Требования к структуре и содержанию отчета по лабораторным работам нормируются стандартом организации СТО-12-2012 [1]. Оформление титульного листа, текста, формул, таблиц, рисунков, списка литературы отчета должно соот-
ветствовать требованияv стандарта организации СТО-13-2011 [2]. 20
7. Контрольные вопросы
1.Активная, реактивная и полная мощность трехфазной цепи.
2.Коэффициент мощности.
3. Соотношение токов и напряжений при соединении нагрузки по схемам Y
и ∆.
4.Способы измерения активной, реактивной мощности и энергии трехфазной цепи.
5.Погрешность измерения. Определение и классификация.
6.Принцип действия, конструктивное исполнение ваттметров и счетчиков электроэнергии.
Библиографический список
1. СТО-12-2012. Стандарт организации. Студенческие работы: виды, требо-
вания к структуре и содержанию [Текст]. – Введ. 2012-02-20. – Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2012. – 18 с. – (Система менеджмента качества).
2. СТО-13-2011. Стандарт организации. Студенческие работы. Общие требования к оформлению [Текст]. – Введ. 2011-10-01. – Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2011.
– 32 с. – (Система менеджмента качества).
3. Атамалян, Э. Г. Приборы и методы измерения электрических величин [Текст]: / Э.Г. Атамалян. – М.: Дрофа, 2005. – 415с.
4. Панфилов, В.А. Электрические измерения [Текст] / В.А. Панфилов. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 288с.
5. Афонский, А. А. Измерительные приборы и массовые электронные изме-
рения [Текст]: / А.А. Афонский, В.П. Дьяконов; под ред. В.П. Дьяконова – М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2007. – 544 с.
21
АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЙ, МОЩНОСТИ И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ по курсу «Метрология и электрические измерения»
Составители: Шпиганович Александр Николаевич Шурыгин Юрий Анатольевич
Редактор: Е.А. Федюшина
Подписано в печать 2013. Формат 60×84 1/4. Бумага офсетная. Ризография. Печ. л.1,1. Тираж 90 экз. Заказ №
Издательство Липецкого государственного технического университета. Полиграфическое подразделение Издательства ЛГТУ.
398600, Липецк, ул. Московская, 30.
22