Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Метрология. Электрические измерения. Практикум
.pdf
С A В
W2 W1 W3 I
.
I
.
I
.
*
* *
* * *
α
Ua= UA
. . βW3=90◦-α
-UB
.
Uc= UC
.
.
Ub= UB
. . φ
IA= IW1
.
.
UAB= UW3
.
.
IC= IW3
. . βW1=90◦-α
+1
-1
-j
+j
UBC= UW1
.
.
IB= IW2
. . βW2=90◦-α
φ
UCA= UW2
.
.
-UA
.
-UC
.
A
B
C
Рис. 10.18. Схема включения ваттметров для измерения
реактивной мощности в 3-фазной цепи
Правильность выбора напряжений, приложенных к катушкам напряжений ваттметров, подтверждается векторной диаграммой (рис. 10.19).
C
A
A
C
B
B
Рис. 10.19. Векторная диаграмма напряжений и токов ваттметров,
включенных для измерения реактивной мощности
в цепи с активно-индуктивной нагрузкой
Примечание. Метод трех однофазных ваттметров, включенных по схеме,
приведенной на рис. 10.18, обеспечивает измерение реактивной мощности в це-
101
пи с нагрузкой, несимметричной и по модулю, и по характеру. Характер
°
<ϕ<
300
нагрузки учитывается знаком величины sinφ: при активно-индуктивной нагрузке знак «+», а активно-емкостной — знак «–». Таким образом, по формуле
(10.27) алгебраически складывают значения мощности, измеренной ваттметрами. И если в цепи преобладает емкостной характер нагрузки, то мощность отрицательная.
Цель работы
Научиться правильно включать однофазные ваттметры для измерения активной и реактивной мощности в 3-фазных электрических цепях, строить векторные диаграммы напряжений и токов ваттметров по схемам их включения в
электрические цепи и определить по векторным диаграммам маркировку измерительных цепей и схемы включения ваттметров.
Программа проведения экспериментов
Опыт 1. Измерение активной и реактивной мощности
в 3-фазной 3-проводной цепи при соединении
фаз нагрузки звездой
Проведение опыта
Последовательность выполнения работ.
1. Собирают по указанию преподавателя одну из трех схем, приведенных
на рис. 10.20.
Примечание. Подключение катушек напряжения ваттметров производится согласно изложенным ранее правилам.
2. Строят для заданной схемы опыта векторную диаграмму напряжений и
токов ваттметров при
и составляют формулы для вычисления зна-
чений P
; PW2; βW1; βW2; Qц.
W1
Примечание. Пункт 2 выполняется с целью усвоения методики построе-
ния векторных диаграмм напряжений и токов ваттметров и подготовки к проведению опыта.
3. Измеряют мощность цепи при φ = 0.
Известно, что φ = 0 при активной нагрузке. Для осуществления эксперимента необходимо соединить накоротко зажимы 1, 2 и 3 фаз нагрузки, затем с
помощью регулируемых резисторов R установить одинаковые по значению заданные преподавателем токи во всех фазах потребителя.
Примечание. Токи фазных нагрузок необходимо регулировать в таких
пределах, чтобы при симметричном напряжении сети выполнялось условие
P
W1
= P
при I
W2
= IB = I
A
C.
102
Условия
эксперимента
Напряжение, В
Ток, А
Мощность, Вт
UAB
UBC
UCA
IA
IB
IC
P
W
1
P
W
2
φ = 0
φ < 60°
φ = 60°
φ > 60°
С
A
В
W
W
I
.
I
.
I
.
*
n
*
R
PA
.
U
Z
Z
R
R PA
PA
*
*
a
2
1
3
С
A
В
W
W
I
.
I
.
I
.
*
n
*
R
PA
.
U
Z
R R PA
PA
*
*
б
2
1 3
С A В
W2 W1 I
.
I
.
I
.
*
n
*
R
PA
.
U
Z
R
R PA
PA
*
*
в
2
1 3
A
1
A
Z
к
B
B
к
C
2
C
к
A
A
B
B
1
2
к
Z
к
Z
C
C
к
A
A
к
C
B
B
C
Z
к
Z
к
Рис. 10.20. Схемы включения ваттметров для проведения опыта
по измерению активной и реактивной мощности 3-фазной 3-проводной цепи
Измеренные значения токов, напряжений и мощности цепи следует записать в табл. 10.1.
Измеренные значения напряжений, токов и мощности цепи
Таблица 10.1
103
Вычисляют значения активной мощности
(3)
ц
P
∗
ϕ
1W
∗
ϕ
2W
(3)
ц
Q
∗
ϕ
1W
∗
ϕ
2
W
∗
ϕ
W
Вт
∗
ϕ
1W
град.
∗
ϕ
2W
град.
вар
φ = 0
φ < 60°
φ = 60°
φ > 60°
(3)
ц
P
(3)
ц
Q
∗
ϕ
1W
∗
ϕ
2W
∗∗
ϕ≈ϕ
21 WW
∗
ϕ
W
, углов βW1;
; βW2;
, реактивной мощности
Здесь
и
— углы сдвига фаз между токами, протекающими по
цепи.
токовым катушкам ваттметров, и напряжениями соответствующих фаз потребителя.
Примечание. Найденные значения углов φ* при правильно выполненных
измерениях и расчетах должны соответствовать условиям эксперимента: φ* = 0.
Результаты расчетов записывают в табл. 10.2.
Таблица 10.2
Вычисленные значения мощности
Условия
эксперимента
,
cosβ
W
1
β
1
W
град.
,
, , углов βW и
,
cosβ
W
2
β
W
град.
,
2
,
,
Завершают эксперимент построением векторной диаграммы токов и
напряжений ваттметров (см. рис. 10.8) и краткими выводами по результатам
измерений и вычислений.
4. Измеряют мощность цепи при φ < 60°.
С этой целью:
• в каждую фазу потребителя последовательно с регулируемым резисто-
ром R подключают катушку индуктивности Z
, т. е. отсоединяют провода меж-
К
ду зажимами 1, 2 и 3 фаз потребителя;
• устанавливают в фазах потребителя одинаковые значения токов. При
этом определяют правильность маркировки фаз цепи по показаниям ваттметров
(см. общие сведения по данной работе);
• измеряют токи, фазные и линейные напряжения, активную реактивную
мощность цепи. Измеренные значения указанных величин записывают в табл. 10.1;
• вычисляют значения мощности
,
, углов βW1;
; βW2;
и заполняют их в табл. 10.2.
При правильно осуществленных измерениях и вычислениях выполняется
условие
.
Примечание. Угол
может быть найден неверно, если неправильно
выбрана формула, по которой подсчитывают этот угол.
104
Рекомендуется сначала вычислить угол
∗
ϕ
W
∗
ϕ
W
∗
ϕ
W
°−β=ϕ
∗
30
11
W
W
aW
ϕ=ϕ
∗
1
bW
ϕ
=ϕ
∗
2
∗
ϕ
1W
∗
ϕ
2W
°<ϕ
∗
30
1
W
°>
ϕ
∗
30
2W
(3)
ц
P
(3)
ц
Q
∗
ϕ
1W
∗
ϕ
2W
∗∗
ϕ≈ϕ
21 WW
торого уменьшаются быстрее при увеличении угла φ, а затем по значению
для ваттметра, показания ко-
найденного угла
ли, например, для схемы, приведенной на рис. 10.20, а, установлено, что более
интенсивно с возрастанием угла φ уменьшает показания ваттметр P
числяют сначала угол:
затем, имея в виду, что по условию
подбирают формулу для вычисления угла
при
при
• строят векторную диаграмму напряжений и токов ваттметров. Пример
построения диаграмм приведен на рис. 10.9;
• формулируют краткие выводы по результатам эксперимента, включая в
них оценку степени симметрии нагрузки и напряжений потребителя, результаты проверки маркировки фаз сети; влияние характера нагрузки на структуру
векторных диаграмм напряжений и токов ваттметров.
5. Измеряют мощность цепи при φ = 60°.
Для этого:
Изменяют значения токов нагрузки в пределах, обеспечивающих установку на нулевую отметку шкалы стрелочного указателя ваттметра, быстрее
уменьшающего показания при увеличении угла φ.
Примечание. Нагрузка должна быть симметричной во всех фазах потре-
бителя.
Измеряют значения токов, напряжений и мощности цепи и записывают
показания в табл. 10.1.
выбрать формулу для вычисления второго угла
;
и
;
— формула (10.12);
— формула (10.17);
, по значению угла
W1
. Ес-
, то вы-
Вычисляют значения мощности
, и записывают их в табл. 10.2. Если измерения и расчеты выполнены
правильно, то и при симметричных напряжениях и нагрузке потребителя
.
Строят векторную диаграмму напряжений и токов ваттметров с учетом
приведенных в п. 4 рекомендаций.
Формулируют краткие выводы по результатам эксперимента, в которых
целесообразно указать, чему равны активная и реактивная мощности исследуемой цепи, если один из ваттметров имеет нулевые показатели.
6. Измеряют мощность цепи при φ > 60°.
105
,
, углов βW1 и
, βW2 и
Для этого:
)3(
ц
P
(3)
ц
Q
∗
ϕ
1W
∗
ϕ
2
W
°<ϕ< 300
Регулируют значения токов потребителя в пределах, обеспечивающих отрицательные показания ваттметра, стрелочный указатель которого в предыдущем эксперименте устанавливался на нулевую отметку шкалы прибора.
Примечание. Для получения отрицательных показаний ваттметра необходимо установить переключатель полярности катушки напряжения в положение,
при котором фиксируется специальной меткой прибора знак «–» вращающего
момента измерительного механизма ваттметра.
При установке значений токов потребителя следует, по возможности,
обеспечить симметричный режим нагрузки.
Измеряют значения токов, напряжений и мощности цепи и записывают
показания в табл. 10.1.
Вычисляют значения мощности
,
, углов βW1, β
W2
и
,
и записывают в табл. 10.2.
Строят векторную диаграмму напряжений и токов ваттметров.
Формулируют краткие выводы по результатам эксперимента, в которых
целесообразно раскрыть связь между характером нагрузки (значением и знаком
угла φ) и показаниями ваттметров.
Опыт 2. Измерение реактивной мощности в 3-фазной
3-проводной цепи методом двух однофазных ваттметров
Проведение опыта
Последовательность выполнения работ:
1. Собирают схему эксперимента, руководствуясь правилами включения
ваттметров для измерения реактивной мощности в 3-фазной 3-проводной цепи.
Примечание. Если опыт 2 проводится после опыта 1, то рекомендуется
токовые катушки ваттметров оставить включенными по схеме проведения опыта 1. В противном случае схема включения ваттметров определяется из рис.
10.20 по указанию преподавателя.
2. Строят для выбранной схемы эксперимента векторную диаграмму
напряжений и токов ваттметров, руководствуясь изложенными ранее рекомендациями для угла
(см. рис. 10.16), и составляют формулы для вы-
,
числения значений Q
, QW2, φW1, φW2.
W1
3. Измеряют реактивную мощность цепи для углов φ < 60°, φ = 60° и φ > 60°
в последовательности, изложенной в методических указаниях по проведению
опыта 1.
Примечание. При симметричных токах нагрузки и напряжениях в цепи
(
показания обоих ваттметров должны быть одинаковыми, т. е.
.
Измеренные значения электрических величин заносят в табл. 10.3.
106
Условия
Напряжение, В
Ток, А
Мощность, Вт
UAB
UBC
UCA
IA
IB
IC
0 < φ < 60°
φ = 60°
φ > 60°
(
)
Q
W
Q
W
PPQ
21
(3)
ц
2
3
+=
=ϕ
WW
W
W
IU
Q
arcsin
Условия
эксперимента
0 < φ < 60°
φ = 60°
φ > 60°
Таблица 10.3
Измеренные значения напряжений, токов и реактивной мощности цепи
эксперимента
4. Вычисляют значения реактивной мощности цепи, углов φ
и φW2, ис-
W1
пользуя формулы:
; (10.28)
. (10.29)
Вычисленные значения электрических величин следует записать в
табл.
10.4.
5. Строят векторные диаграммы напряжений и токов ваттметров по
найденным значениям углов φ
и φW2 и измеренным значениям напряжений и
W1
токов, руководствуясь изложенными ранее рекомендациями.
Таблица 10.4
Вычисленные значения мощности
, вар
и углов φW1 и φW2
φ
φ
1
W
2
W
6. Формулируют краткие выводы по результатам эксперимента, оценивая
корректность измерения реактивной мощности 3-фазной цепи методом двух
однофазных ваттметров при симметричной нагрузке.
Примечание. Если опыт 2 выполняется после проведения опыта 1 и заполнения табл. 10.2, то в выводах по опыту 2 целесообразно сравнить оба метода измерения реактивной мощности в 3-фазной цепи и дать соответствующие
комментарии. Но при этом следует учитывать, что токи нагрузки и напряжение,
подаваемое на катушки напряжения ваттметров, должны иметь одинаковые
значения для соответствующих условий обоих опытов.
107
Содержание отчета
°>ϕ 30
°=
ϕ 30
1. Название работы.
2. Цель работы.
3. Опыт 1.
3.1. Схема опыта (см. рис. 10.20).
3.2. Табл. 10.1 и 10.2.
3.3. Расчетные формулы.
3.4. Векторные диаграммы напряжения и токов ваттметров для каждого
эксперимента.
3.5. Краткие выводы по результатам каждого эксперимента.
4. Опыт 2.
4.1. Схема опыта (см. рис. 10.20).
4.2. Табл. 10.3 и 10.4.
4.3. Расчетные формулы.
4.4. Векторные диаграммы напряжения и токов ваттметров для каждого
эксперимента.
4.5. Краткие выводы по результатам каждого эксперимента.
Контрольные вопросы
1. В чем заключается метод измерения активной мощности 3-фазной 3-
проводной цепи двумя однофазными ваттметрами?
2. Изложите правила подключения двух однофазных ваттметров для из-
мерения активной мощности в 3-проводной 3-фазной цепи?
3. Как проверить правильность маркировки фаз сети по показаниям ватт-
метров?
4. Как вычислить углы φ
5. То же — при
и φW2 при φ < 30°в опыте 1?
W1
?
6. Чему равна активная мощность 3-фазной 3-проводной цепи, если
?
7. Как вычислить углы φ
и φW2 при φ < 60° в опыте 1?
W1
8. Какова последовательность построения векторных диаграмм напряже-
ний и токов ваттметра?
9. Как по заданной формуле для P
составить схему включения ваттметра?
W
10. Как по заданной схеме включения ваттметра составить формулу для
вычисления мощности P
?
W
11. Как по заданной схеме включения ваттметра составить формулу для
вычисления угла β
в опыте 1?
W
12. В чем заключается метод измерения реактивной мощности цепи дву-
мя однофазными ваттметрами?
13. Изложите правила включения однофазных ваттметров для измерения
реактивной мощности в 3-фазной 3-проводной цепи?
14. Как вычислить углы φ
и φW2 в опыте 2?
W1
108
15. Какова последовательность построения векторных диаграмм напряже-
ний и токов однофазных ваттметров, измеряющих реактивную мощность цепи?
16. Как по заданной формуле для Q
составить схему включения ватт-
W
метра?
17. Как по заданной схеме включения ваттметра для измерения реактив-
ной мощности цепи составить формулу, по которой вычисляется мощность Q
W
?
109
11. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ
КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
Прежде чем приступить к выполнению контрольной работы, целесооб-
разно внимательно ознакомиться с приведенными ниже указаниями.
Контрольные работы являются важным элементом в изучении теоретического материала. Решать задачи и отвечать на вопросы нужно самостоятельно. К каждой задаче приводится таблица с числовыми данными и схема соединения элементов электрической цепи, поясняющая условия задачи.
Номер варианта определяется суммой двух последних цифр учебного
шифра студента. Например, если учебный шифр 35018, то номер варианта — 9.
Требования, предъявляемые к оформлению контрольных работ:
1. Каждая контрольная работа выполняется в отдельной тетради или на
листах бумаги формата А4, на обложке которой должны быть приведены: фамилия, имя и отчество студента, номер учебного шифра (номер зачетной книжки), номер контрольной работы, наименование использованных методических
указаний.
2. На каждой странице должны быть оставлены поля шириной не менее
2 см для замечаний преподавателя.
3. Текст, формулы, числовые выкладки должны быть четкими, без помарок.
Внимание! Вычисления необходимо выполнять с точностью до десятых
долей — напряжения, тока, мощности и сопротивлений элементов цепи; до десятитысячных долей – проводимости элементов цепи и погрешностей измерения электрической величины.
4. Схемы и диаграммы необходимо выполнять с помощью чертежных инструментов. При построении векторных диаграмм целесообразно пользоваться
цветными карандашами.
5. Электрические схемы должны вычерчиваться с соблюдением установленных стандартами условных обозначений.
Примечание. Можно руководствоваться изображениями элементов схем и
буквенными обозначениями, приведенными в задачах.
6. Векторные диаграммы должны быть построены на комплексной плоскости и в масштабе, формирующем диаграмму размером не менее 2/3 страницы
тетради. На векторных диаграммах необходимо указать координатные оси, векторы и углы буквами, рекомендуемыми ГОСТ 1494-77.
7. Ответы на вопросы должны быть аргументированы теоретическими
или практическими положениями с использованием в нужном объеме рисунков, графиков и диаграмм.
8. В конце контрольной работы необходимы подпись автора и дата выполнения работы.
110
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]