7ЛБ_Сергеев
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Школа |
Инженерная школа энергетики |
|
Обеспечивающее |
НОЦ им. И.Н. Бутакова |
|
подразделение |
||
|
||
Направление подготовки |
13.03.02 Электроэнергетика и электротехника |
|
Образовательная |
Электроэнергетика |
|
программа |
||
|
||
Специализация |
Электрооборудование летательных аппаратов |
|
|
||
|
|
ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ 7 Измерение мощности прямым и косвенным методами Вариант №2
Выполнил |
Сергеев А.C. |
21.05.2023 |
Группа |
5А06 |
|
Проверил |
Кац М.Д. . доц. НОЦ им. |
|
|
|
И.Н. Бутакова |
|
|
Томск - 2023
Цель работы заключается в изучении различных видов мощности в
электрической цепи, освоении методов измерения мощности в электрической
цепи.
1.Теоретические сведения
Под активной мощностью электрической цепи Р понимают среднее значение мгновенной мощности р за период Т:
= |
1 |
∫ |
= |
1 |
∫ |
|
(1) |
|
|
|
|||||||
|
0 |
|
0 |
|
|
Если ток изменяется по синусоидальному закону, то
= 1 ∫0 ( + ) = 2 = (2)
Физически активная мощность представляет собой энергию, выделяемую в единицу времени в виде теплоты на участке цепи в
сопротивлении R: |
|
= = 2 |
(3) |
Значение мощности зависит от действующих тока и напряжения цепи и угла сдвига фаз между напряжением и током. Множитель cosφ называют коэффициентом мощности. Для цепи с резистивным элементом cosφ = 1 и φ = 0. В цепи с идеальной катушкой индуктивности ток отстает от напряжения на угол φ = π/2, а в цепи с электрическим конденсатором, наоборот, ток опережает напряжение на угол φ = π/2. Переменная мощность, идущая на увеличение магнитного или электрического полей или поступающая обратно в сеть, называется реактивной мощностью. Ее амплитуда определяется выражением:
= |
(4) |
Мощность, изменяющаяся с двойной частотой и имеющая амплитуду:
|
|
|
= = √2 + 2 |
(5) |
|
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
2
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.
.
Рисунок 1.Ваттметр в составе электрической цепи
На схемах ваттметр обозначается так, как показано на рисунке 1. Одна пара концов (расположена горизонтально) принадлежит последовательной обмотке, друга пара концов (расположена вертикально) принадлежит параллельной обмотке. На концах одноименных зажимов обмоток (у начала или конца обмотки) принято ставить точки.
2. Порядок выполнения эксперимента
Рисунок 2. Схема экспериментальной цепи
3
Для проведение замеров необходимо собрать схему, приведённую на
рисунке 2.
3.Порядок обработки экспериментальных данных
1.Расчет косвенного измерения мощности и абсолютная погрешность измерения мощности для цепи с активной нагрузкой:
= = 10 0,21 = 1,87 Вт
∆абс= |
(2,1 − 1,87) |
100% = 11% |
|
2,1 |
|
||
|
|
|
|
2.Рассчитать реактивную мощность и угол сдвига фаз между током и напряжением по формулам:
= √ 2 − 2 = √2,32 − 2,12 = 0,94 ВА
|
|
|
|
= arcsin ( |
|
) = arcsin |
( |
2.3 |
) = 0.46 , рад |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2.1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
результаты занести в таблицу 3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
|||||
|
|
Результаты экспериментальных и расчетных данных эксперимента №2. |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
№ |
Результат |
Результат |
Расчет |
Результаты |
|
Абсолютная |
|
|
Результат |
Реактивная |
|
|
Угол |
|||||
вари |
ы |
ы |
косвенного |
прямого |
|
погрешность |
|
|
|
ы |
мощность, ВА |
сдвига |
||||||
анта |
прямого |
прямого |
измерения |
измерения |
|
|
измерения |
|
|
измерени |
|
|
|
|
|
|
фаз, |
|
|
|
|
= |
√ |
2 |
− |
2 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
измерени |
измерени |
мощности |
мощности, |
|
|
мощности |
|
|
я полной |
|
|
|
|
рад |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
я |
я тока, |
|
Вт |
|
|
|
|
|
мощности |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
напряжен |
мА |
|
|
|
|
|
|
|
|
S, ВА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
ия,В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
2 |
10 |
210 |
1,87 |
2,1 |
|
11% |
|
2,3 |
|
0,94 |
|
|
|
0,46 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вывод: в лабораторной работе были изучены активная, реактивная и полная мощности в электрической цепи. Изучен принцип снятия показаний мощности и освоение практических навыков при косвенном расчете мощности.
4
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.
5