Обробка результатiв вимiрiв.

4. Обчислити за вимiрами напруги на навантаженнi U_L та струму I значення опору навантаження R_L. Результати занести до таблицi.

Навести формулу розрахунку.

R_L =

5. Обчислити за вимiрами напруг та струму значення потужностi P_L, що споживає навантаження; потужностi P_S, що загублюється на внутрiшньому опорi джерела та лiнiї R_S; спiльної потужностi P_∑ , що виробляється джерелом _. Результати занести до таблицi.

Навести формули розрахунку.

P_L = P_S = P_∑ =

6. Обчислити коефiцiент корисної дiї (ККД). Результати занести до таблицi.

Навести формулу розрахунку.

ККД =

7. Побудувати спiльний графiк залежностi E, U_S, U_L, I, P_L вiд опору навнтаження R_L (доцiльно використовувати рiзнi масштаби позначення та кольори для U_L, I, P_L)

8. Визначити з графiку значення R_L для якого потужнiсть споживача максимальна. Порiвняти це значення з теоретичним значенням.

R_L (P_L=max) =

9. Навести формули для обчислення значення потужностi P_L, що споживає навантаження; потужностi P_S, що загублюється на внутрiшньому опорi джерела та лiнiї R_S; спiльної потужностi P_∑ , що виробляється джерелом для випадка постiйної ЕРС джерела_.

P_L =

P_S =

P_∑ =

10. Побудувати окремий спiльний графiк залежностi P_L, P_S, P_∑ вiд опору навантаження R_L за результатами вимiрiв.

11. Побудувати на графiку потужностей графiк ККД= P_L/ P_∑.

12. Навести формулу для обчислення ККД за вiдомими значеннями опору навантаження R_L та опору джерела (лiнiї) електропостачання R_S.

ККД=

Лабораторна робота № 14

Тема: Дослiдження лічильника електроенергії.

Мета: Ознайомитись з принципом дії лічильника електроенергії. Визначити

залежність швидкості обертання диска лічильника від потужності активного навантаження.

Дослідити співвідношення між струмом, напругою і потужністю для реактивного навантаження. Розрахувати значення cos(φ). Визначити ємність невідомого конденсатора.

Обладнання: Стенд з лічильником електроенергії, мультиметр з можливістю

виміру змінного струму, блок живлення змiнного струму, секундомер або годинник.

Загальні відомості.

Електромеханічний лічильник електроенергії можна з певним спрощенням розглядати як асінхронний двигун змінного струму. Зичайний асінхронний двигун переважно працює в області малих значень коефіциента ковзання, тобто в умовах, коли швидкість обертання ротора близка до швидкості обертання магнітного поля. Для двополюсного двигуна масимальна швидкість обертання становить 3000 обертів на минуту для частоти мережі 50 Hz (50·60=3000). На відміну від звичайного двигуна, ротор лічильника працює в області великих значень ковзання, тобто швидкість обертання ротора значно менша швидкості обертання магнітного поля. Наприклад, побутовий лічильник розрахований на максимальну потужність наватаження 1.5KW робить 2500 обертів за годину для потужності 1KW. Тобто максимальна швидкість ротора лише 62 обертів на минуту (2500·1.5/60=62.5), або майже у 50 разів повільніше швидкості обертання магнітного поля.

Щоб забезпечити такі умови, за яких швидкість обертання ротора лічильника n пропорційна активній потужності P_a=U·I·cos(φ), у конструкції личильника використовуються особливі конструктивні рішення:

1. Обертаючеся магнітне поле утворюєтся двома електромагнітами (напруги –Ф_U і струму – Ф_I) магнітні поля котрих зсунуті на кут 90º. Для цього:

- обмотка напруги виконується таким чином, щоб вона мала великий індуктивний опір. Тоді струм і магнитне поле цієї обмотки пропорційні напрузі навантаження і зсунуті видносно напруги на кут 90º;

- обмотка струма виконується за схемою трансформатора з короткозамкненую вторинною обмоткою. Тоді опір обмотки струму має переважно активну складову і відносно малий опір. Тобто магнітне поле цієї обмотки пропорцийне струму навантаження і немає зсуву відносно напруги для активного навантаження.

2. Осереддя електромагнітів ротора виконано так, що струми Фуко індуковані у роторі токовою обмоткою взаємодіють з магнітним полем обмотки напруги, а струми індуковани обмоткою напруги взаємодіють з магнітним полем обмотки струму, таким чином, що моменти сил кожної пари M_i= F_i·R_i=ΔL_i·B_i·I_i пропорційні активній потужності P_a=U·I·cos(φ). Тобто обертаючий момент ротора M_I=k_P·P_a.

3. Ротор рухається повз магнітне поле постійного магніту Ф_S, що виконує функції динамічного гальма. Момент гальмування M_S= F_S·R_S пропорційний швидкості обертання n, тобто M_S=k_S·n.

Таким чином на ротор одночасно діють моменти сил, такі що, з одного боку, намагаються прискорити обертання - M_I=k_P·P_a, а з другого боку, загальмувати - M_S=k_S·n У сталому режимі ці моменти урівноважуються M_I= M_S. Тобто k_P·P_a = k_S·n, або n =K·P_a= K·U·I·cos(φ) – швидкість обертання пропорційна активній потужності. Коефіціент K залежить від конструктивних особливостей лічильника.

Для забезпечення можливості роботи учбового лічильника з небезпечними (низькими) напругами до конструкції лічильника було внесено деякі зміни:

• обмотка напруг живиться від підвищуючого трансформатора;

• обмотку струму перемотано на більшу кількість витків, щоб підвищити чутливість до малих струмів;

• для зменшення індуктивного навантаження на джерело живлення ( лічильник є істотним додатковим навантаженням для малопотужного джерела) до вторинної обмотки трансформатора, паралельно обмотці напруг лічильника під’єднано узгоджуючий конденсатор, такий, шоб збільшити cos(φ) лічильника.