Анализ методов измерения сопротивлений, мощности и электроэнергии. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Метрология и электрические и

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 чередо-

вания 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 воз-

можном cosφ;

− рассчитать коэффициент мощности трехфазной цепи при заданных значе-

ниях 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; активно-

индуктивной с наименьшим значением коэффициента мощности. В процессе про-

ведения лабораторных исследований применяются: электродинамические ватт-

метры и киловаттметр; индукционные счетчики активной и реактивной энергии;

логометрический фазометр электродинамической системы; электромагнитные амперметры и вольтметры; измерительные трансформаторы; проволочные реоста-

ты; катушки индуктивности; механический секундомер, индукционный фазоука-

затель.

11

ки диски счетчиков должны быть неподвижны. Наличие самохода (движение дис-

ка) счетчика свидетельствует о его неисправности.

3. Определение погрешности киловаттметра и счетчика активной энергии.

Собрать схему соединения двух ваттметров, представленную на рис.4.

Рис. 4. К измерению активной мощности в трехфазной цепи:

а – электрическая схема включения двух ваттметров;

б – векторная диаграмма токов и напряжений

В табл. 2 приняты следующие обозначения: α1, α2 – отсчеты в делениях по шкалам ваттметров; kTT0, kTTX – коэффициенты трансформации образцового и щи-

тового трансформаторов тока; c – цена деления ваттметра; Cсч.а – номинальная по-

13

стоянная счетчика активной энергии; Pkw – значение мощности, полученное по шкале ваттметра с учетом коэффициента трансформации kTTX.

Измерить величины линейных токов IЛ и линейных напряжений UЛ . По-

вторить проделанные операции с индуктивной нагрузкой, а также с активно-

индуктивной нагрузкой при наименьшем значении cosφ за счет последовательно-

го 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 элек-

трическую схему включения ваттметров, изображенную на рис.5.

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 сопротивления-

ми 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 све-

сти в табл. 3. Записать величины IЛ, UЛ и cosφ (по фазометру).

14

Таблица 3

Экспериментальные данные к определению реактивной мощности

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 опре-

деляются 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

γPkw Pд Pном ,

где Pд – действительное значение мощности, определенное на основании показа-

ний образцовых ваттметров и равное PΣ, Вт; Pном – конечное значение шкалы ки-

ловаттметра с учетом коэффициента трансформации kTTX, Вт.

15

Класс точности счетчика вычисляется по относительной погрешности

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 показани-

ям счетчика, рассчитывается по зависимости

Wсч Cсч.а n1 kTTX .

Номинальная постоянная счетчика активной энергии имеет вид

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 относи-

тельной погрешности в соответствии с выражением (1). В этом случае значения электрической энергии, определяемые по счетчику и образцовым приборам

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

16

где Aop 1 Cсч.p − передаточное число счетчика реактивной энергии, указанное на его щитке.

3. Расчет коэффициента мощности трехфазной сети производится по одно-

му из следующих методов:

a) по показаниям амперметра, вольтметра и киловаттметра с учетом коэф-

фициента трансформации измерительных трансформаторов тока

б) по показаниям двух ваттметров, включенных по схеме двух приборов для измерения активной мощности

в) расчетным путем на основании результатов измерений активной и реак-

тивной мощности трехфазной цепи переменного тока

tg QP.

Приведенная погрешность фазометра определяется в процентах от длины шкалы по зависимости

S

γ A Aд L 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 от-

метками; 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].

17

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 трехфаз-

ной 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 тре-

бования 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.

18