Лабораторна робота №6

Тема: Опосередковане вимірювання потужності за допомогою амперметра і вольтметра. Способи включення ватметра у вимірювальне коло. Принцип роботи ватметрів.

Мета роботи: Навчитися вимірювати потужність навантаження за допомогою амперметра і вольтметра, а також ватметрами. Ознайомитися з принципом дії ватметрів.

Хід роботи:

1. Ознайомитися з методикою вимірювання потужності опосередкованими та прямими методами;

2. провести вимірювання потужності опосередкованим методом;

2.1 підібрати амперметри і вольтметри для проведення лабораторної роботи і виписати у звіт їх технічні характеристики;

2.2 зібрати схему лабораторної роботи рис. 1,а , провести вимірювання і дані записати у таблицю;

2.3 обчислюють потужність за показами І амперметра та U вольтметра за формулою P= UІ;

2.4 визначають методичну похибку вимірювання за формулою (1);

2.5 зібрати схему лабораторної роботи рис.1,б і повторити пункти 3 – 4;

2.6 визначають методичну похибку вимірювання за формулою (2);

3. провести вимірювання потужності прямим методом;

   0. записати у звіт лабораторної роботи технічні характеристики ватметра Д539,

   1. зібрати схему лабораторної роботи (спочатку рис.6,а, а потім 6,б);

   2. провести вимірювання потужності і дані записати у звіт лабораторної роботи(таблиця 2);

4. Зробити висновок.

Теоретичні відомості

Важливість вимірювання електричної потужності і енергії зумовлена широким застосуванням електричної енергії в усіх галузях економіки. Останнім часом в еко­номічно розвинутих країнах спостерігається стійка тенденція до винайдення способів зменшення енергоспо­живання, зниження енергоємності одиниці випущеної продукції, економної витрати та раціонального викори­стання енергії. А відтак, посилюється важливість вимірю­вання та обліку енергії.

У колах постійного струму електрична потужність Р визначається як добуток напруги U і струму І

P=UI

У системі СІ одиницею потужності є ват(Вт).

Потужність можна вимірювати опосередковано — за допомогою амперметра і вольтметра в колах постійно­го струму і амперметра, вольтметра і фазометра в колах однофазного синусоїдного струму. Результат опосередкова­ного вимірювання обчислюють за показами І амперметра та U вольтметра за формулою P= UІ.

На рисунку 1 наведено дві схеми увімкнення ампер­метра і вольтметра для опосередкованого вимірювання потужності споживача постійного струму.

Рис.1 – Схеми опосередкованого вимірювання потужності

Методична по­хибка взаємодії становить

для схеми (а):

(1)

для схеми (б):

(2)

де РА, РV – потужність, що споживається, відповідно, нерухомою і рухомою котушками;

РН – потужність споживача енергії.

Методична похибка взаємодії опосередкованого вимі­рювання аналогічна похибці вимірювання ватметром, а тому рекомендації щодо застосування вимірювальних схем аналогічні: схему на рисунку 1,а доцільно застосовувати для вимірювання потужності високоомного споживача, а схему на рисунку 1, б — низькоомного.

Для вимірювання потужності методом трьох амперметрів паралельно зі споживачем вмикають безреактивний реостат (рис. 2, а) і вимірюють ампер­метрами струм споживача ї_х, струм у вітці реостата Ir і струм у нерозгалуженій частині кола І. Згідно з век­торною діаграмою (рис. 2, б), косинус кута зсуву фаз між напругою і струмом визначається за теоремою ко­синусів:

Рис.2 – Вимірювання потужності методом трьох амперметрів

Підставивши значення cos φ і U=IrR у вираз для потуж­ності, отримаємо:

Рис.3 – Вимірювання потужності методом трьох вольтметрів

Для вимірювання потужності методом трьох вольт­метрів послідовно зі споживачем вмикають безреактивний додатковий резистор (рис. 3,а) і вимірюють вольтметра­ми напругу на споживачеві U_x, напругу на резисторі Ur і су­марну напругу U (на резисторі і споживачеві). Згідно з век­торною діаграмою (рис. 3,б) косинус кута зсуву фаз між напругою і струмом визначається за теоремою косинусів:

Підставивши значення cos φ і I=Ur/R у вираз для потуж­ності, дістанемо:

Потужність прямими методами вимірюється за допомогою електромеханічних, електронних, цифро-аналогових та цифрових ватметрів.

В електродинамічному вимірювальному перетворю­вачі прямого перемножування здійснюється вимірювальне перетворення активної потужності у кутове переміщення стрілки (вказівника).

Такий вимірювальний перетворювач потужності (електро­динамічний вимірювальний механізм, або електроди­намічний ватметр) складається (рис. 4) з нерухомої котушки намотаної товстим провідником, яка вмикається послідовно зі споживачем. Нерухома котушка призначена для створення однорідного магнітного поля струму спожива­ча. Форму котушки вибирають такою, щоб магнітне поле бу­ло рівномірним.

У магнітному полі нерухомої котушки розміщена легка рухома котушка (рамка), намотана тонким провідником.

Рис.4 Рис. 5

Вона закріплюється на осі, розтяжках або підвісі і може обертатися. Рухома котушка вмикається паралельно спо­живачеві, активна потужність якого підлягає вимірюван­ню. До осі рухомої котушки кріпиться спіральна пру­жина, призначена для створення моменту протидії і для електричного з'єднання обмотки рухомої котушки з неру­хомим споживачем. Стрілка, з'єднана з рухомою котуш­кою, призначена для індикації кутового переміщення котушки. Стрілка переміщується вздовж шкали з нане­сеними поділками, проградуйованими в одиницях потуж­ності. Він може бути повітряним або електромагнітним. Для суміщення початкового положення стрілки з нульо­вою позначкою шкали призначений коректор.

На електричних схемах ватметри позначаються умов­ним зображенням, наведеним на рисунку 5.