Основні характеристики вимірювальних приладів
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
В.С. Мадай, О.П. Гоголюк
ЕЛЕКТРИЧНІ ТА МАГНІТНІ ВИМІРЮВАННЯ :
РОЗРАХУНКОВО – ГРАФІЧНІ РОБОТИ
Завдання та методичні поради до самостійної роботи з дисципліни “ Електричні та магнітні вимірювання” для студентів базового напряму “Електромеханіка”
Затверджено
на засіданні кафедри теоретичної
та загальної електротехніки
Протокол №7 від 15.02.2007 р.
Львів
ЕЛЕКТРИЧНІ ТА МАГНІТНІ ВИМІРЮВАННЯ : Розрахунково–графічні роботи. Завдання та методичні поради до самостійної роботи студентів із дисципліни “Електричні та магнітні вимірювання” базового напряму “Електромеханіка” / Укл. В.С. Мадай, О.П. Гоголюк – Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2006. – 10с.
Укладачі: Мадай В.С., к.т.н., доц.
Гоголюк О.П., к.т.н., асист.
Рецензент:Пеленський Р.А., д.т.н., проф.
Відповідальний за випуск: Стахів П.Г., д.т.н., проф.
ПЕРЕДМОВА
В умовах сьогодення основною формою опрацювання й засвоєння навчального матеріалу є самостійна робота студентів. При вивченні дисципліни “ Електричні та магнітні вимірювання ” основним напрямком такої роботи є виконання розрахунково-графічних робіт, де студент отримує практичні навики під час аналізу вимірювальних систем. Тому ця важлива ділянка роботи студентів вимагає значного методичного опрацювання з метою виділення основного при виконанні цих робіт.
Структура та зміст посібника відповідає робочій програмі дисципліни “ Електричні та магнітні вимірювання” для базового напрямку “Електромеханіка” вищих закладів III–IV рівнів акредитації.
Автори вдячні рецензенту за цінні зауваження та пропозиції, зроблені при рецензуванні посібника.
Вимоги до оформлення розрахунково-графічних робіт
- Розрахунково-графічна робіта виконується на стандартних аркушах формату А4. На титульній сторінці обов’язково вказується назва роботи, номер варіанту, а також групу, прізвище, ім’я та по-батькові студента.
- Кожна робота повинна містити умову завдання та вихідні дані.
- Розв’язок задач повинен мати пояснення, на схемах обов’зково позначити струми та напруги.
- Схеми та графіки повинні бути виконані акуратно з дотриманням вимог відповідного стандарту. На графіках вказати вибрані координати та масштаб.
Вибір вимірювальних приладів для контролю параметрів трифазного асинхронного двигуна
Завдання
Трифазний асинхронний двигун із короткозамкненим ротором під’єднаний до трифазної мережі з лінійною напругою U. Паспортні дані двигуна наведені в табл.1.1.
Необхідно:
1. Вибрати спосіб з’єднання обмоток статора двигуна.
2. Обчислити активний та реактивний опір фази обмотки статора.
3. Обчислити фазні та лінійні струми, потужності трифазного кола у номінальному режимі. Побудувати векторну діаграму напруг та струмів.
4. На підставі проведених розрахунків вибрати вимірювальні прилади, що забезпечують контроль лінійного струму, напруги та потужності трифазного кола з відносною похибкою 2%.
5. Обчислити допустиму відносну похибку при визначенні активного та реактивного опору фази обмотки статора, яку забезпечують вибрані вимірювальні прилади.
6. Нарисувати електричну схему.
Варіанти завдань
Таблиця 1.1
| Варіант | U, B | Uн, B | Pн, kВт | nн,
| 
%
| 
| Км | Кі |
| 220/380 220/380 380/220 220/380 220/380 380/220 380/220 220/380 220/380 220/380 220/380 380/220 220/380 220/380 380/220 220/380 380/220 380/220 220/380 220/380 220/380 220/380 380/220 380/220 600/380 | 5,5 7,5 11,5 18,5 14,2 12,7 6,8 16,5 8,1 3,8 6,2 9,1 22,5 33,6 | 980] | 89,4 86,2 86,8 87,5 88,8 90,2 88,2 90,6 91,2 89,4 90,6 88,2 87,5 89,4 90,6 88,2 87,5 89,4 90,6 87,5 88,2 88,2 89,4 90,6 | 0,91 0,86 0,75 0,87 0,88 0,94 0,81 0,89 0,92 0,75 0,88 0,91 0,78 0,89 0,93 0,87 0,78 0,84 0,91 0,89 0,79 0.9 0,8 0.92 0,89 | 2,5 3,1 2,2 2,5 2,8 3,2 3,5 2,7 2,5 3,1 2,5 2,6 2,4 2,8 3,0 2,6 2,5 2,7 2,8 2,5 2,6 2,7 2,8 3,1 3,2 | 5,8 6,5 5,5 7,2 6,8 6,3 6,5 7,5 6,2 6,0 5,8 6,0 6,1 5,5 5,8 5,7 5,3 5,1 5,0 4,6 4,8 5,9 6,0 5,8 5,0 | ||
| 220/380 220/380 380/220 220/380 220/380 380/220 380/220 220/380 220/380 220/380 220/380 380/220 220/380 220/380 380/220 220/380 380/220 380/220 220/380 220/380 220/380 220/380 380/220 380/220 600/380 220/380 220/380 380/220 220/380 220/380 380/220 380/220 220/380 220/380 220/380 220/380 380/220 220/380 220/380 380/220 220/380 380/220 380/220 220/380 220/380 220/380 220/380 380/220 380/220 | 6,5 8,5 10,5 15,5 4,5 5,5 12,2 2,7 6,8 6,0 16,5 18,1 6,5 3,3 3,8 4,1 6,2 9,1 22,5 33,6 7,0 15,5 17,5 11,5 15,8 18,5 2,2 3,0 3,8 4,5 14,2 12,7 6,8 6,0 16,5 8,1 6,8 3,8 4,1 6,2 9,1 22,5 33,6 | 980] | 89,4 86,2 86,8 87,5 88,8 90,2 88,2 90,6 91,2 89,4 90,6 88,2 87,5 89,4 90,6 88,2 87,5 89,4 90,6 87,5 88,2 88,2 89,4 90,6 89,4 86,2 86,8 87,5 88,8 90,2 88,2 90,6 91,2 89,4 90,6 88,2 87,5 89,4 90,6 88,2 87,5 89,4 90,6 87,5 88,2 88,2 89,4 | 0,91 0,86 0,75 0,87 0,88 0,94 0,81 0,89 0,92 0,75 0,88 0,91 0,78 0,89 0,93 0,87 0,78 0,84 0,91 0,89 0,79 0.9 0,8 0.92 0,89 0,91 0,86 0,75 0,87 0,88 0,94 0,81 0,89 0,92 0,75 0,88 0,91 0,78 0,89 0,93 0,87 0,78 0,84 0,91 0,89 0,79 0.9 0,8 0.92 | 2,5 3,1 2,2 2,5 2,8 3,2 3,5 2,7 2,5 3,1 2,5 2,6 2,4 2,8 3,0 2,6 2,5 2,7 2,8 2,5 2,6 2,7 2,8 3,1 3,2 2,5 3,1 2,2 2,5 2,8 3,2 3,5 2,7 2,5 3,1 2,5 2,6 2,4 2,8 3,0 2,6 2,5 2,7 2,8 2,5 2,6 2,7 2,8 3,1 | 5,8 6,5 5,5 7,2 6,8 6,3 6,5 7,5 6,2 6,0 5,8 6,0 6,1 5,5 5,8 5,7 5,3 5,1 5,0 4,6 4,8 5,9 6,0 5,8 5,0 5,8 6,5 5,5 7,2 6,8 6,3 6,5 7,5 6,2 6,0 5,8 6,0 6,1 5,5 5,8 5,7 5,3 5,1 5,0 4,6 4,8 5,9 6,0 5,8 |
МЕТОДИЧНІ ПОРАДИ
1. Існують два основних види з’єднання обмоток статора асинхронного двигуна: “зіркою” і “трикутником”. Основним є забезпечення номінальної фазної напруги двигуна. Тому, якщо напруга мережі U дорівнює Uн, то обвитки статора з’єднують “трикутником”. Якщо ж 
, то – “ зіркою”.
2. Кожну з обмоток статора асинхронного двигуна еквівалентуємо послідовно з’єднаними резистором Rф та індуктивним опором Хф (рис.1)
а. б.
Рис.1. Заступна схема статорної обмотки асинхронного двигуна при сполученні фаз зіркою (а) і трикутником (б).
Наближено параметри Rф, Хф визначають за паспортними даними двигуна:
; 
(1.1)
3. У наведеному на рис.1 симетричному трифазному колі значення фазного струму визначається за формулою:
, (1.2)
Лінійні струми при з’єднанні фаз двигуна “зіркою” дорівнюють фазним ( 
), а при з’єднанні “трикутником” – у 
раз більші за фазні ( 
).
Потужність симетричного споживача знаходимо як потроєну потужність однієї з фаз
, (1.3)
відтак
, 
. (4.4)
Векторна діаграма напруг та струмів зображена на рис.1.2а при з’єднанні фаз двигуна “зіркою”, а на рис.1.2б – при з’єднанні “трикутником”.
а) б)
Рис.1.2 Векторна діаграма напруг та струмів
Тут побудовано фазні напруги мережі 
, що відстають за фазою одна відносно іншої на кут 120. Струми фаз 
будуть однакові за діючим значенням і відставатимуть за фазою від відповідних напруг на однаковий кут
. (1.5)
5. Вибір вимірювальних приладів здійснюється за величиною максимального граничного значення вимірюваної величини та класом точності, за видом вимірюваної величини (струм, напруга чи потужність), із врахуванням характеру вимірювальної величини (постійний, змінний, трифазний чи імпульсний). При цьому необхідно забезпечити умову
Х £ Хн, (1.6)
де Х — розрахункове значення вимірюваної величини, Хн — верхня границя вимірювального приладу.
Для ватметрів необхідно забезпечити цю умову для струмової (І £ І н ) та напругової ( U £ Uн) обвиток.
Основним чинником, який впливає на похибку вимірювання є клас точності вимірювального приладу. Згідно Державного стандарту всі вимірювальні прилади відносяться до таких класів точності:
0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.
Вимірювальні прилади вибираємо на підставі проведених розрахунків та з умови забезпечення контролю лінійного струму, напруги та потужності трифазного кола з відносною похибкою 2%. Відносну похибку використовують для кількісної характеристики якості вимірювання і визначають як відношення абсолютної похибки до істинного значення вимірюваної величини, а практично – до виміряного значення (результату вимірювань)
(1.7)
звідки визначається граничне значення абсолютної похибки
,
де х – розрахункове значення фазного струму, напруги чи потужності.
Клас точності – це відношення граничного значення абсолютної похибки до певного встановленого, так званого нормувального значення ХН, за яке найчастіше використовують границю вимірювання (кінцеве Хк значення) даного діапазону (ХН= Хк)
(1.8)
Відповідно до обчисленого значення gгр (заокруглюючи його в сторону збільшення) вибирають клас точності вимірювального приладу.
Після вибору вимірювальних приладів необхідно визначити відносну похибку вимірювання та порівняти її з допустимою, що задається. Якщо ж обчислена похибка буде більшою за допустиму, то необхідно вибрати вимірювальний прилад із іншими параметрами (Хн, кл.т.).
5. Відносна похибка вимірювання повного, активного та реактивного опору фази обмотки статора визначається:
(1.9)
6. Принципова електрична схема вимірювання фазного та лінійного струмів, лінійної напруги, потужності трифазного кола наведена на рис. 1.3.
Рис.1.3.
Основні характеристики вимірювальних приладів
Табл. 1.
| Амперметри | Вольтметри | Ватметри | ||||||||||||
| Система приладу | Граничне значення Ін (А) | Клас точності | Система приладу | Граничне значення Uн (В) | Клас точності | Ін (А) | Uн (В) | Клас точності | ||||||
| 0,5 |
| 0,5 | 0,5 | ||||||||||
| 0.5 | 0.5 | 0.5 | ||||||||||||
| 1.0 | 1.0 | 1.0 | ||||||||||||
| 1.5 | 1.5 | 1.5 | ||||||||||||
| 1.0 | 1.0 | 2.5 | ||||||||||||
| 1.5 | 1.5 | 2.5 | ||||||||||||
| 1.5 | 1.5 | 1.5 | ||||||||||||
| 0,5 |
| 0,5 | 0,5 | ||||||||||
| 0.5 | 0.5 | 1.0 | ||||||||||||
| 1.0 | 1.0 | 2.5 | ||||||||||||
| 1.0 | 1.5 | 1.5 | ||||||||||||
| 1.5 | 2.5 | 2.5 | ||||||||||||
| 1.5 | 2.5 | 2.5 | ||||||||||||
| 2.5 | 2.5 | 2.5 |
Література
1. Коруд В.І., Малинівський С.М., Гамола О.Є. Електротехніка. – Львів: Вид. НУ “ Афіша ”. – 2004. – 396 с.
2. ДудюкД.Л., МаксимівВ.М, Оріховський Р.Я. Електричні вимірювання. – Львів: Афіша, 2003. – 272с.
3. Электрические измерения / Под ред. А.В. Фремке, М.: Энергия, 1980. – 392с.
4. Поліщук Є.С., Яцук В.О. Метрологія та вимірювальна техніка. – Львів: Видавництво “Бескид Біт”, 2003. – 544с.
5. Шаповаленко О.Г., Бондар В.М. Основи електричних вимірювань. –К.: Либідь, 2002. –318с.
Навчальне видання
ЕЛЕКТРИЧНІ ТА МАГНІТНІ ВИМІРЮВАННЯ : Розрахунково–графічні роботи. Завдання та методичні поради до самостійної роботи студентів з дисципліни “Електричні та магнітні вимірювання” для студентів базового напряму “Електромеханіка”.
Укладачі: В. Мадай, канд. техн. наук, доцент
О. Гоголюк, канд. техн. наук, асистент
Редактор Г.С. Клим