Лабораторная работа №3 по курсу icon

Лабораторная работа №3 по курсу



Смотрите также:
Лабораторная работа по курсу «Физические основы микроэлектроники»...
Лабораторная работа №1...
Контрольная работа Лабораторная работа №1 «Дольменная культура» Лабораторная работа №2 «Генуэзцы...
Изучение макрокоманд программы ms excel с выполнением контр...
Лабораторная работа №1...
Лабораторная работа №1. «Диоды в источниках питания»...
Лабораторная работа №1...
Лабораторная работа 9...
Лабораторная работа № топографические карты...
Лабораторная работа №4...
Лабораторная работа №1...
Методические указания к выполнению лабораторно-практических работ для студентов специальности 17...



скачать
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

___________________________________________

Казанский государственный

энергетический университет


ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ В ЦЕПЯХ

ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА


Лабораторная работа № 3

по курсу

Электрические измерения

(Продолжительность лабораторного занятия – 4 часа)


Казань, 2007

УДК 621.316

ББК 31.2

И37


Наумов А.А., Барсукова С.В.


Измерение мощности в цепях постоянного и переменного тока. Лабор. работа. Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2007.

Приведено описание лабораторной работы по методам измерения мощности в цепях постоянного и переменного тока, влияние метода измерения на погрешности, а также определение погрешностей прямых и косвенных измерений.

Предназначено для студентов электротехнических специальностей.


© Казанский государственный энергетический университет, 2007 г.

^ Цель работы

Целью настоящей работы является ознакомление студентов с методами и средствами измерения мощности в цепях постоянного и однофазного переменного тока, получение навыков работы с измерительными приборами и обработки результатов измерений, а также с причинами возникновения и способами учета погрешностей прямых и косвенных измерений мощности.

^ Краткие теоретические сведения

Для измерения мощности в цепях постоянного и переменного тока используют прямые и косвенные измерения. Прямые измерения мощности производятся электродинамическими и ферродинамическими ваттметрами, кроме того, используются цифровые ваттметры, в которых для нахождения мощности реализована функция перемножения векторов тока и напряжения. В лабораторных условиях электродинамические ваттметры до сих пор используются чаще других, они выпускаются в виде переносных многопредельных приборов с классом точности 0,1-0,5.

Мощность в цепях постоянного тока можно определить косвенным путем по показаниям амперметра и вольтметра. При таком измерении мощность потребления нагрузки R определяется произведением тока в нагрузке I и падением напряжения на ней U:



При косвенных измерениях электрической мощности возможны две схемы включения приборов (рис. 1). В обоих случаях на результатах измерений сказывается методическая погрешность, обусловленная влиянием внутреннего сопротивления вольтметра и/или амперметра. В схеме, представленной на рис. 1а, амперметр измеряет не ток нагрузки, а сумму токов нагрузки Iнагр. и вольтметра IV, в схеме, представленной на рис. 1б, - показания вольтметра определяются не падением напряжения на нагрузке, а суммой падений напряжения на нагрузке Uнагр. и амперметре UА.

а) б)

Рис.1

Следовательно, в обоих случаях мощность, вычисленная на основании показаний амперметра и вольтметра, будет отличаться от действительного значения PД. Первую схему лучше использовать, если Rнагр.<< RV, вторую – если Rнагр. >> RА, где Rнагр. – сопротивление нагрузки, а RV и RА – внутреннее сопротивление вольтметра и амперметра соответственно.

При выполнении косвенных измерений мощности в соответствии с описанной выше процедурой абсолютная методическая погрешность измерений в случае, изображенном на рис. 1а, вычисляется по формуле:



а во втором случае (рис. 1б) – по формуле:



Оценка предельной результирующей относительной инструментальной погрешности косвенных измерений мощности электрического тока проводиться по формуле:



где ∆Р, ∆I и ∆U – абсолютные погрешности измерений мощности, силы тока и напряжения соответственно.

В цепях переменного тока мгновенное значение мощности потребления



где u(t), i(t) – мгновенные значения напряжения и тока нагрузки соответственно.

В цепях однофазного синусоидального тока измеряют активную P, реактивную Q и полную S мощности:



где U, I – действительные значения напряжения и тока в цепи; φ – сдвиг по фазе между напряжением и током в нагрузке.

Чаще всего ограничиваются измерением активной мощности. В реальных условиях подвижная катушка ваттметра обладает небольшой индуктивностью. Поэтому следует учитывать угловую погрешность измерения мощности, связанную с влиянием частоты сети и характером нагрузки.

^ Описание лабораторного стенда

В лабораторной работе используется стенд СИПП-3. Измерение мощности прямым и косвенным методами выполняют при помощи следующих средств измерений: ваттметра, амперметра и вольтметра. В качестве нагрузки используется магазин сопротивлений Р-33 с диапазоном от 100 Ом до 100 кОм.

Питание схемы постоянным током осуществляется от встроенного источника регулируемого напряжения 0-50 В, переменным - от однофазного лабораторного автотрансформатора 0-250 В.

^ Рабочее задание

В данной лабораторной работе требуется произвести:

  1. прямые измерения мощности в цепи постоянного тока при двух схемах включения ваттметра;

  2. косвенные измерения мощности в цепи постоянного тока при двух схемах включения амперметра и вольтметра;

  3. прямые измерения мощности в цепи переменного тока при двух схемах включения ваттметра;

  4. косвенные измерения мощности в цепи переменного тока при двух схемах включения амперметра и вольтметра.

^ Порядок выполнения работы

  1. Ознакомьтесь со схемой лабораторного стенда, запишите паспортные данные всех приборов (тип, класс точности, диапазон измерений, внутренние сопротивления последовательной или параллельной цепей приборов);

  2. Соберите схему для прямого измерения мощности в цепи постоянного тока рис. 2а. Установите напряжение источника питания Uпит = 50 В. Изменяя сопротивление нагрузки Rнагр. при помощи декад магазина сопротивлений, выполните измерение мощности для значений, указанных преподавателем. Для определения поправки ∆Р измеряют мощность, потребляемую обмоткой напряжения и токовой обмоткой ваттметра W. Для этого в схеме отключите нагрузку и снимите показания ваттметра. Результаты эксперимента занесите в табл.1.

Примечание: при измерении ∆Р допускается нагрузку не отключать, а устанавливать ее сопротивление Rнагр.=100 кОм.

  1. Соберете схему рис. 2б. Изменяя сопротивление магазина, аналогично выполните измерение мощности для значений сопротивлений нагрузки предыдущего пункта. Для определения поправки также отключают нагрузку. Однако погрешность будет обусловлена мощностью потребления лишь обмотки напряжения. Результаты также занесите в табл. 1.

Таблица 1

Сопротивление нагрузки

Rнагр., Ом

Результаты измерений по рис.2а

Результаты измерений по рис.2б

Мощность

Рw, Вт

Поправка

Р, Вт

Мощность

Рw, Вт

Поправка

Р, Вт
















  1. По результатам прямых измерений рассчитайте действительную мощность потребления нагрузки Рнагр., относительную погрешность измерения.

  2. Соберите схему для косвенного измерения мощности рис. 3а, затем рис. 3б. Снимите показания вольтметра и амперметра, устанавливая те же значения сопротивлений, что и в предыдущих пунктах. Запишите результаты в табл. 2.

Таблица 2

Сопротивление нагрузки

Rнагр., Ом

Рис. 3а

Рис. 3б

Ток I, А

Напряжение

U, В

Ток I, А

Напряжение

U, В
















  1. По результатам косвенных измерений рассчитайте абсолютную и относительную погрешности измерений, определите действительную мощность потребления нагрузки. Сделайте вывод какой метод измерения мощности дает наибольшую точность.

  2. Аналогично произвести прямые и косвенные измерения мощности в цепи переменного тока рис. 2а и 2б, рис. 3а и 3б. Результаты эксперимента занести в табл. 1 и табл. 2 соответственно.



а) б)

Рис.2



а) б)

Рис. 3

Указания по выполнению эксперимента

Поскольку измерение мощности происходит для широкого диапазона значений сопротивления, при выполнении задания изменяйте по необходимости пределы измерений ваттметра, вольтметра и амперметра так, чтобы показания попадали в рабочий диапазон средств измерений (рекомендуется, чтобы показания оказывались как можно ближе к пределу шкалы прибора).

^ Указания по обработке результатов измерений и оценке погрешностей

В методе ваттметра действительную мощность Рнагр., потребляемую нагрузкой, вычисляют по формуле



Относительную погрешность измерения рассчитывают по формуле



где Uном, Iном – установленные пределы измерения ваттметра по напряжению и току;

κw – класс точности ваттметра;

Рw – показания ваттметра.

Результаты вычислений занести в табл. 3.

Таблица 3

Сопротивление Rнагр., Ом

Рис. 2а

Рис. 2б

Мощность нагрузки

Рнагр., Вт

Относительная погрешность δизм, %

Мощность нагрузки

Рнагр., Вт

Относительная погрешность δизм, %
















При выполнении косвенных измерений мощности методом амперметра и вольтметра в соответствии с описанной выше процедурой результирующая погрешность измерения определяется методической и инструментальной составляющими. Мощность потребления нагрузки определяется произведением тока в нагрузке на падение напряжения на ней



Абсолютная методическая погрешность измерений в случае, изображенном на рис. 3а, вычисляется по формуле:



для случая на рис. 3б – по формуле:



где Рнагр – мощность нагрузки, определенная методом ваттметра.

Относительная методическая погрешность



Абсолютная инструментальная погрешность определяется классом точности прибора и находится по формуле:



Относительная инструментальная составляющая погрешности находится по формуле:



где I, U – показания амперметра и вольтметра при косвенных измерениях мощности.

Абсолютная погрешность измерения:



Относительная погрешность измерения:



Действительная мощность потребления нагрузки по результатам косвенных измерений

.

Таблица 4

Rнагр., Ом

Рис. 3а

Рис. 3б

Р, Вт

изм, Вт

δизм, %

Рнагр., Вт

Р, Вт

изм, Вт

δизм, %

Рнагр., Вт




























^ Указания по оформлению отчета

Отчет о выполнении лабораторной работы каждый студент оформляет индивидуально. Отчет должен содержать:

- титульный лист с названием работы;

- цель работы;

- сведения об использованных методах измерений, а также о характеристиках использованных средств измерений;

- схему и описание лабораторного стенда;

- результаты измерений и расчетов;

- анализ полученных данных и вывод об особенностях и качестве проведенных измерений и по результатам проделанной работы.

^ Указания по технике безопасности

Перед выполнением лабораторных работ со студентами проводится инструктаж по технике безопасности, о чем каждый студент расписывается в специальном журнале.

^ Контрольные вопросы

  1. Дайте определение физической величины. Что такое размерность физической величины?

  2. Дайте определение понятий «истинное значение» и «действительное значение».

  3. Почему нельзя при измерениях определить истинное значение физической величины?

  4. Какие электромеханические механизмы используются в ваттметрах постоянного тока?

  5. Какая область значений мощности постоянного тока доступна для измерения электромеханическими и электронными ваттметрами?

  6. Дайте определения прямых и косвенных измерений.

  7. Назовите основные источники погрешности при косвенном измерении мощности постоянного тока.

  8. Приведите примеры методических погрешностей.

  9. Нарисуйте схему включения приборов для измерения мощности нагрузки, имеющей большое сопротивление.

  10. Нарисуйте схему включения приборов для измерения мощности нагрузки, имеющей малое сопротивление.

Библиографический список

1. Э.Г. Атамалян. Приборы и методы измерения электрических величин. М: Дрофа, 2005. (Для изучения стр. 84-87, 251-256).

2. Б.Я. Авдеев, Е.М. Автонюк, Е.М. Душин и др.; Под ред. Е.М.Душина. Основы метрологии и электрические измерения. Л: Энергоатомиздат. Ленингр.отд – ние, 1987. (для изучения стр. 400 - 411).


А.А. Наумов, С.В. Барсукова

^ ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ В ЦЕПИ

ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Лабораторная работа № 3

по курсу

«Метрология, стандартизация и сертификация»

(Кафедра теоретических основ электротехники КГЭУ)

Редактор издательского отдела

Изд. лиц. ИД № 03480 от 08.12.00 Темплан издания КГЭУ 2003 г.

Подписано к печати Формат бумаги 60х84/16

Гарнитура «Times» Вид печати РОМ Бумага «Business»

Физ. печ. л. Усл. печ. л. Уч.-изд. л.

Тираж Заказ

Издательский отдел КГЭУ

420066, Казань, Красносельская, 51


Типография КГЭУ

420066, Казань, Красносельская, 51




Скачать 120,54 Kb.
оставить комментарий
Дата28.09.2011
Размер120,54 Kb.
ТипЛабораторная работа, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх