Лабораторная работа №6
«Измерение активной мощности и энергии в однофазной цепи»
1. Цель работы:
Целью данной работы является опытное определение постоянной счетчика и его погрешности измерения.
2. Подготовка к работе:
Теоретический материал:
Индукционный измерительный механизм.
Для измерений электроэнергии переменного тока применяются индукционные и электронные счетчики. Измеряемая активная энергия, кВт-ч, в общем виде определяется произведением мощности на время
W = Pt
 |
Работа индукционного измерительного механизма (рис. 1) основана на создании электромагнитами напряжения 2 и тока 1переменных магнитных потоков ФU и ФI, с углом фазового сдвига между ними 90° и направленных перпендикулярно плоскости диска.
Магнитные потоки Фи и ФI пронизывая алюминиевый диск, индуктируют в нем вихревые токи I11, и I1 ц Взаимодействие магнитных потоков ФU и ФI с полем вихревых токов создает момент вращения подвижной части
Mвр = k Фи ФI sin(90°+φ).
Магнитный поток ФU пропорционален приложенному напряжению U. Магнитный поток ФI пропорционален току нагрузки Iн. Тогда
Мвр = k UIн cos φ,
где k : - постоянный коэффициент, определяемый конструкцией счетчика.
Постоянный магнит 3 создает тормозной момент. Для компенсации трения в опорах, счетном механизме, диска 4 о воздух, червячной передаче электромагнитом 2 создается компенсационный момент, равный тормозному
Мк=Мт.
В результате равенства компенсационного и тормозного моментов подвижная часть при отсутствии тока нагрузки находится в состоянии динамического равновесия.
Основное регулирование характеристик индукционного измерительного механизма осуществляется следующим образом:
тормозного момента - механическим перемещением постоянного магнита 3;
компенсационного момента - перемещением пластины магнитного шунта электромагнита 2;
внутреннего угла фазового сдвига φ - перемещением зажима 5 на сопротивлении R;
самохода - отгибанием флажка 6, расположенного на оси диска 4.
Повторить разделы курса Метрологии, в которых рассматривается принцип действия однофазного и трехфазного счетчика индукционной системы.
3. Перечень приборов:
3.1. Источник питания – сеть однофазного тока напряжением 220 В,
частотой 50 Гц.
3.2. Однофазный индукционный счетчик типа СО - И446 на 220 В., 10 А.
3.3. Ваттметр однофазный ферродинамический типа Д5004/2 на 600 В., 5 А.
3.4. Амперметр электромагнитной системы до 5 А.
3.5. Вольтметр электромагнитной системы до 600 В.
3.6. Группа ламп накаливания общей мощностью до 1 кВт.
3.7. Соединительные провода.
3.8. Секундомер.
4.Контрольные вопросы:
4.1. Для чего предназначен счетчик электрической энергии?
4.2. Как работает однофазный электрический счетчик индукционной системы?
4.3. Как рассчитывается постоянная счетчика К?
4.4. Что такое самоход и от чего он зависит?
4.5. Как изменить тормозной момент?
4.6. Как изменить компенсационный момент?
5. Порядок выполнения работы:
5.1. Записать основные технические данные приборов.
5.2. Собрать электрическую схему согласно рис.1
Рис.1
5.3. Включить собранную электроустановку при отключенных лампах и убедиться в отсутствии у счетчика холостого хода.
5.4. Установить нагрузку счетчика порядка 10 % номинальной и отсчитать целое число оборотов диска N за 100 или 150 с. Записать в табл.1 показания ваттметра, амперметра, вольтметра и секундомера.
Табл.1
| № п/п | Р Вт. | U B. | I A. | Cos j | t c. | N Об. | K | Kном | g | Примечание |
| 1. 2. 3. 4. 5. |
5.5. Определить действительную постоянную счетчика Кд = W / N.Вт. с/об
5.6. Определить погрешность счетчика по формуле :
g = (Кном – Кд)100% / Кд,
где Кном – номинальная постоянная счетчика (заводская)
Кзав = 3600*1000 / А ( кВт. ч.),
где А – передаточное отношение А = 600 об/кВт. ч
5.7. Повторить наблюдения и расчеты для нагрузок 25, 50, 75, 100% номинальной нагрузки счетчика.
5.8. Определить, удовлетворяет ли счетчик требованиям стандарта в отношении погрешности в соответствии с его классом точности.
5.9. Сделать вывод о проделанной лабораторной работе.
6. Методические указания к проведению лабораторной работы и выполнению расчетно-графической части.
6.1. При сборке электрической схемы сначала соединяют все последовательные участки цепи: амперметровые обмотки счетчика, ваттметра, амперметр, потребители электроэнергии, а затем присоединяют параллельные ветви: вольтметровые обмотки счетчика, вольтметра и ваттметра.
6.2. Для определения числа оборотов диска за установленное время необходимо следить за появлением в окошке счетчика красной черты на боковой поверхности диска.
6.3. До начала поверки счетчика рекомендуется ознакомиться с устройством индукционного счетчика, обратив внимание на устройство и работу его механизма. Для этого достаточно снять кожух с прибора или воспользоваться другим прибором, предназначенным в качестве наглядного пособия.
6.4. В заключении отметьте экономическое значение правильности показаний счетчика для расчетов за пользование электроэнергией.
Лабораторная работа №7
«Измерение активной и реактивной мощности в трехфазной цепи»
1. Цель работы:
Цель данной работы заключается в практическом ознакомлении со схемами включений ваттметров для измерения активной и реактивной мощностей в трехфазных цепях разными методами.
2. Приборы и принадлежности:
-магазин сопротивлений – 3 шт.
-мультиметр – 6 шт.
-ваттметр – 3 шт.
-соединительные провода
3. Краткое теоретическое обоснование:
В трехфазной цепи с нейтралью измерение активной мощности производят с помощью трех ваттметров, из которых каждый должен измерять мощность в одной из фаз.
В трехфазной цепи без нейтрали обычно используют 2 ваттметра, т.к. это позволяет измерять активную мощность как в несимметричной, так и в симметричной цепи. В последнем случае возможно измерение одним прибором, измеряющим мощность в одной из фаз.
Существуют три правильных возможных варианта включения двух ваттметров. В каждом из этих вариантов токовые катушки ваттметров включают в рассечку двух фаз с присоединением генераторных зажимов приборов (отмечены течкой) со стороны генератора.
Генераторные зажимы катушек напряжения ваттметров присоединяют к "собственным" фазам, т.е. к тем же, в которые включены токовые цепи ваттметров. Оставшиеся зажимы цепей напряжения приборов присоединяют к одной из фаз, а именно, к той, которая не разрывалась для включения ваттметров. Один из подобных вариантов изображен на рис. №1.
4. Порядок выполнения работы:
4.1. Измерение активной мощности в трехфазной цепи методом двух ваттметров.
4.1.1. Собрать схему согласно рис.№1. Показать собранную схему преподавателю.
4.1.2. Измеренные данные занести в табл.№1.
4.1.3. Произвести необходимые расчеты, данные расчетов занести в табл.№1.
4.1.4. Ответить на контрольные вопросы, сделать вывод.
Активную мощность определяют по сумме показаний ваттметров:
P = P1+Р11.
В случае симметрии напряжений и токов:
P1 = Iл Uл cos jа
Р11 = Iл Uл cosjс
Приняв расчетное значение Pр = P1+Р11 за истинное,
вычислить погрешность этих измерений:
Рис.№ 1
Таблица №.1
| Дано | Измерено | |||||||||||
| № п/п | R1, Ом | R2, Ом | R3, Ом | Uaв, В | Uвс, В | Uсa, В | Ia, А | Iв, А | Iс, А | P1, Вт | P11, Вт | P ∑, Вт |
| 1. | ||||||||||||
| 2. |
| Расчет | ||||
| № п/п | Pa, Вт | Pс, Вт | ∑P, Вт | γр, % |
| 1. | ||||
| 2. |
4.2. Измерение реактивной мощности в трехфазной цепи методом двух ваттметров.
4.2.1. Собрать схему согласно рис.№2. Показать собранную схему преподавателю.
4.2.2. Измеренные данные занести в табл.№2.
4.2.3. Произвести необходимые расчеты, данные расчетов занести в табл.№2.
4.2.4. Ответить на контрольные вопросы, сделать вывод.
Рис.№ 2
Таблица №.2
| Дано | Измерено | |||||||||||
| № п/п | Rа, Ом | Rв, Ом | Rс, Ом | Uaв, В | Uвс, В | Uсa, В | Ia, А | Iв, А | Iс, А | Q  ,
ВАр
| Q  ,
ВАр
| ∑Q, ВАр |
| 1. | ||||||||||||
| 2. |
| № п/п | Qa, ВАр | Qс, ВАр | ∑Q, ВАр | γр | |
| 1. | |||||
| 2. | |||||
Реактивную мощность определяют по сумме показаний ваттметров:
Q = Q1+Q11.
В случае симметрии напряжений и токов:
Q1 = Iл Uл sin jа
Q11 = Iл Uл sin jс
Приняв расчетное значение Qр = Q1+Q11 за истинное,
вычислить погрешность этих измерений:
4.3. Измерение активной мощности в трехфазной цепи методом трех ваттметров.
4.3.1. Собрать схему согласно рис.№3. Показать собранную схему преподавателю.
Рис. № 3
4.3.2. Измеренные данные занести в табл.№3.
4.3.3. Произвести необходимые расчеты, данные расчетов занести в табл.№3.
4.3.4. Ответить на контрольные вопросы, сделать вывод.
Pа = Iа Uа cos jа
Pв = Iв Uв cos jв
Pс = Iс Uс cos jс
Определить суммарную активную мощность: Р∑ = Ра + Рв + Рс
Определить суммарную измеренную активную мощность
Р = Ра + Рв + Рс
Сравнить оба полученных результата, выразив их несовпадение в виде погрешности:
Полученные данные занести в табл.№3
Таблица №.3
| Дано | Измерено | ||||||||||||
| № п/п | R1, Ом | R2, Ом | R3, Ом | Ua, В | Uв, В | Uс, В | Ia, А | Iв, А | Iс, А | Pa, Вт | Pв, Вт | Pс, Вт | P z, Вт |
| 1. | |||||||||||||
| 2. |
| Расчет | |||||
| № п/п | Pa, Вт | Pв, Вт | Pс, Вт | ∑P, Вт | γz, % |
| 1. | |||||
| 2. |
5. Контрольные вопросы:
5.1. На каком принципе работают ваттметры?
5.2. Какие внешние факторы влияют на показания ваттметра?
5.3. Как определить цену деления ваттметра?
5.4. Как оценить наибольшую допускаемую абсолютную погрешность ваттметра?
5.5. Как оценить, какую наибольшую абсолютную погрешность можно ожидать при измерении мощности в трехфазной цепи по методу двух ваттметров?
7. Рекомендуемая литература:
7.1. В.И. Винокуров и др. «Электрорадиоизмерения» Москва «Высшая школа» 1986.-351 с.
7.2. Р.М. Демидова-Парфенова и др. «Электрические измерения» - М Энергоиздат 1983. – 392 с.
7.3. Е. Д. Шабалдин, Г. К. Смолин, Уткин В. И., Зарубин А. П. . Электрические измерения: Учеб. пособие для вузов. - |М.:Логос, 2006. -281с.
7.4. Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений: Учеб. для вузов. - М.: Высш. шк., 2001. -205с.