новая папка 1 / 241565

стов постоянного и переменного тока.

3. Погрешность измерения. Определение и классификация.

4.Причины возникновения погрешностей измерения мостовыми методами

испособы их минимизации.

5.Особенности расчета чувствительности мостов.

Лабораторная работа №2 Анализ методов измерения мощности и электрической энергии

Цель работы: изучение методов измерения активной, реактивной мощности и энергии, коэффициента мощности в трехфазных сетях низкого напряжения.

1. Техника безопасности

Перед проведением эксперимента необходимо убедиться в том, что лабораторный стенд находится в выключенном состоянии. Затем проверить изоляцию соединительных проводов и собрать электрическую схему исправными проводниками. После проверки правильности монтажа исследуемой цепи лаборантом включить лабораторный стенд и выполнить опыт. Перед началом следующего опыта выключить питание от установки, собрать соответствующую электрическую схему и перед включением вновь показать лаборанту. В случае правильного монтажа подать напряжение и приступить к выполнению эксперимента. Необходимо придерживаться такой последовательности действий при выполнении всех опытов. В случае поданного напряжения запрещается выполнять присоединения или отключения соединительных проводов. Такие операции производятся только после отключения лабораторного стенда от питающей сети. При аварийном сра-

батывании автомата следует немедленно оповестить лаборанта или преподавателя. Возобновление работы допускается только после проверки стенда.

13

К выполнению лабораторной работы допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности, который проводится на первом занятии. По окончании инструктажа преподаватель и инструктируемые студенты заполняют журнал по технике безопасности и ставят свои росписи.

2.Задание

Входе выполнения лабораторной работы необходимо:

−ознакомиться с устройством используемых приборов и принципиальной схемой их включения в измерительную цепь;

−используя индукционный фазоуказатель проверить правильность чередования фаз напряжения, подведенного к лабораторному стенду;

−проверить счетчики на самоход;

−определить погрешность киловаттметра и счетчика активной энергии;

−повторить предыдущий пункт при наименьшем возможном cosφ;

−вычислить погрешность счетчика реактивной энергии;

−повторить предыдущий пункт при ином токе нагрузки и наименьшем возможном cosφ;

−рассчитать коэффициент мощности трехфазной цепи при заданных значениях нагрузки и определить погрешность фазометра.

3. Оборудование и средства исследований

Объектом исследований является трехфазная сеть низкого напряжения. В процессе проведения лабораторных экспериментов нагрузка исследуемой цепи изменяется, она может быть: активной; активно-индуктивной; активноиндуктивной с наименьшим значением коэффициента мощности. В процессе проведения лабораторных исследований применяются: электродинамические ваттметры и киловаттметр; индукционные счетчики активной и реактивной энергии; логометрический фазометр электродинамической системы; электромагнитные

14

амперметры и вольтметры; измерительные трансформаторы; проволочные реостаты; катушки индуктивности; механический секундомер, индукционный фазоуказатель.

4. Порядок выполнения

1. Проверка правильности чередования фаз напряжения. Подключить фазоуказатель к фазам сети A, B и C и подать напряжение. Кратковременно нажимая на кнопку фазоуказателя установить направление вращения диска. Вращение диска по часовой стрелке свидетельствует о верном чередовании фаз A, B и C. В про-

тивном случае следует поменять местами зажимы двух любых фаз сети. 2. Проверка счетчиков на самоход. Собрать схему по рис.3.

~220

kW

cosφ

kWh

kVarh

Q

И1 И2
Л1	Л2
TTX	И1 И2

					TT0	Л1	TT	Л2
				Л1		Л2
			A1				X
				И1		И2
A	B	C
								RA
			A2
				Л1	TT	Л2
			A3		0
				И1		И2
								XA

N

XC XB

RC RB

Рис. 3. Электрическая схема исследуемой трехфазной цепи

15

Затем выполнить следующие операции: закоротить вторичные обмотки об-

разцовых трансформаторов тока TT0 и TT0 (зажимы И1 и И2); вывести ручку ре-

гулятора напряжения до упора влево, т.е. установить фазные токи IA IB IC 0 ;

подать напряжение на счетчики, включив автомат Q. При отсутствии тока нагрузки диски счетчиков должны быть неподвижны. Наличие самохода (движение диска) счетчика свидетельствует о его неисправности.

3. Определение погрешности киловаттметра и счетчика активной энергии. Собрать схему соединения двух ваттметров, представленную на рис.4.

a		Л1	TT0		Л2			б	U	AB
	A
		И1		И2
	B									UA
					Л1	TT		Л2		IA
	C						0
					И1		И2			300
			*				*
		* W			*		W
			1				2	UCB	IC
								UC		UB
										IB

Рис. 4. К измерению активной мощности в трехфазной цепи: а – электрическая схема включения двух ваттметров; б – векторная диаграмма токов и напряжений

Активную нагрузку соединить в звезду и с помощью реостатов RA, RB, RC

установить равные линейные токи IЛ 2 6, А (по заданию преподавателя). От-

считать по секундомеру время t1 50 60 c., в течение которого диск счетчика сделает целое число оборотов n1. Полученные результаты свести в табл. 2.

Таблица 2

Экспериментальные данные к определению активной мощности

Измеренные данные

Расчетные данные

kT T 0

kT T Х

α1

α2

c

t1

n1

Cсча

Pkw

P1

P2

PΣ

γ

Wд

Wсч

γ

−

−

дел.

дел.

Вт

с.

об.

−

Вт

Вт

Вт

Вт

%

Вт с

Вт с

%

дел.

16

kT T X.

В табл. 2 приняты следующие обозначения: α1, α2 – отсчеты в делениях по шкалам ваттметров; kTT0,kTTX – коэффициенты трансформации образцового и щитового трансформаторов тока; c – цена деления ваттметра; Cсч.а – номинальная постоянная счетчика активной энергии; Pkw – значение мощности, полученное по шкале ваттметра с учетом коэффициента трансформации

Измерить величины линейных токов IЛ и линейных напряжений U Л . По-

вторить проделанные операции с индуктивной нагрузкой, а также с активно - индуктивной нагрузкой при наименьшем значении cosφ за счет последовательного включения катушки индуктивности в каждую фазу. Полученные значения за-

нести в табл. 2. Записать величины IЛ, UЛ и cosφ (по фазометру).

4. Вычисление погрешности счетчика реактивной энергии. Собрать электрическую схему включения ваттметров, изображенную на рис.5.

a

A

Л1

TT0

Л2

б

UA

И1 И2

B

IA

UC

TT

60

0

Л1

Л2

C

0

1200

И1

И2

R

*

IC

*

W

*

W

U

C

IB

U

B

1

2

*

Рис. 5. К измерению реактивной мощности в трехфазной цепи: а – электрическая схема включения двух ваттметров; б – векторная диаграмма токов и напряжений

Обмотки напряжения присоединяются одним концом к проводам фаз А или С, а другим концом к искусственной нулевой точке, создаваемой сопротивлениями обмоток напряжения и добавочным сопротивлением R. Включить выключа-

тель Q и отсчитать с помощью секундомера время t2 50 60, c , в течение кото-

рого диск счетчика сделает целое число оборотов n2. Полученные результаты свести в табл. 3. Записать величины IЛ, UЛ и cosφ (по фазометру).

17

Таблица 3

Экспериментальные данные к определению реактивной мощности

Измеренные данные

Расчетные данные

kT T 0

kT T

α1

α2

c

t2

n2

Cсч.р

P1

P2

PΣ

Q

Wд

Wсч

γ

−

−

дел.

дел.

Вт

с.

об.

−

Вт

Вт

Вт

Вар

Вар с

Вар с

%

дел.

Номинальная постоянная счетчика реактивной энергии обозначена как Cсч.р. 5. Вычисление погрешности счетчика реактивной энергии при наименьшем значении cosφ и ином токе нагрузки. Изменяя сопротивления реостатов RA, RB, RC добиться наименьшего значения cosφ. С помощью ручки РН изменить величину тока нагрузки. Определить погрешность счетчика реактивной энергии. Опытные

данные записать в табл.3.

5.Примеры типовых расчетов

1.Расчетные параметры для табл.2 и табл.3 определяются следующим обра-

зом. Действительные показания активной мощности двух ваттметров P1 и P2 определяются по зависимостям

P1 α1 с kTT0 , P2 α2 с kTT0 .

Активная мощность трехфазной цепи с учетом коэффициента трансформа-

ции образцовых трансформаторов тока

P α1 α2 с kTT0 ,

где α1+α2 − сумма, которая соответствует углу φ<600; α1-α2 – разность, соответ-

ствующая углу φ>600. Сложение или вычитание α1±α2 производится в зависимости от переключения арретиров шкалы напряжения.

Приведенная погрешность киловаттметра рассчитывается по формуле

γ Pkw Pд Pном ,

где Pд – действительное значение мощности, определенное на основании показаний образцовых ваттметров и равное PΣ, Вт; Pном – конечное значение шкалы ки-

18

ловаттметра с учетом коэффициента трансформации kTTX, Вт.

Класс точности счетчика вычисляется по относительной погрешности

δ	Wсч Wд	100,	(1)
	Wд

где Wсч – значение электрической энергии, вычисленное за рассматриваемый промежуток времени по показаниям счетчика, Вт∙с; Wд – действительное значение электрической энергии, полученное за этот промежуток времени по показаниям образцовых ваттметров, Вт∙с. Электрическая энергия, определенная по показаниям счетчика, рассчитывается по зависимости

Wсч Cсч.а n1 kTTX .

Номинальная постоянная счетчика активной энергии имеет вид

C 3600 1000 100,

сч.а	Aoa

где Aoa 1Cсч.а − передаточное число счетчика активной энергии, указанное на его щитке, т.е. 1 кВт ч Aoa оборотов диска.

Действительное значение электрической энергии описывается выражением

Wд P t1.

2. Класс точности счетчика реактивной энергии вычисляется по относ и- тельной погрешности в соответствии с выражением (1). В этом случае значения электрической энергии, определяемые по счетчику и образцовым приборам

Wсч Cсч.p n2 kTTX , Wд Q t1,

где Q 3 α1 α2 C kTT0 – действительное значение реактивной мощности,

рассчитанное по показаниям образцовых ваттметров, Вар; α1+α2 − сумма, которая соответствует углу φ>300; α1-α2 – разность, соответствующая углу φ<600. Знак определяется переключением арретиров шкалы напряжения ваттметров.

Номинальная постоянная счетчика реактивной энергии вычисляется по формуле

C 3600 1000 100,

сч.р	Aop
	19

где Aop 1 Cсч.p − передаточное число счетчика реактивной энергии, указанное на его щитке.

3. Расчет коэффициента мощности трехфазной сети производится по одному из следующих методов:

a) по показаниям амперметра, вольтметра и киловаттметра с учетом коэффициента трансформации измерительных трансформаторов тока

cos			P	;
	3 UЛ IЛ

б) по показаниям двух ваттметров, включенных по схеме двух приборов для измерения активной мощности

			P2	P1	, cos	1
tg 3									;	(2)
			P2	P1		1 tg2

в) расчетным путем на основании результатов измерений активной и реактивной мощности трехфазной цепи переменного тока

tg QP.

Приведенная погрешность фазометра определяется в процентах от длины шкалы по зависимости

γ A Aд LS 100,

где А – показания фазометра в значениях; Aд – действительное значение cosφ, рас-

считанное по формуле (2); S cos − чувствительность прибора в точке из-

мерения cosφ, ∆ℓ и ∆cosφ характеризуют участок шкалы между ближайшими отметками; L – длина шкалы фазометра.

6. Содержание отчета

Требования к структуре и содержанию отчета по лабораторным работам нормируются стандартом организации СТО-12-2012 [1]. Оформление титульного листа, текста, формул, таблиц, рисунков, списка литературы отчета должно соот-

ветствовать требованияv стандарта организации СТО-13-2011 [2]. 20

7. Контрольные вопросы

1.Активная, реактивная и полная мощность трехфазной цепи.

2.Коэффициент мощности.

3. Соотношение токов и напряжений при соединении нагрузки по схемам Y

и ∆.

4.Способы измерения активной, реактивной мощности и энергии трехфазной цепи.

5.Погрешность измерения. Определение и классификация.

6.Принцип действия, конструктивное исполнение ваттметров и счетчиков электроэнергии.

Библиографический список

1. СТО-12-2012. Стандарт организации. Студенческие работы: виды, требо-

вания к структуре и содержанию [Текст]. – Введ. 2012-02-20. – Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2012. – 18 с. – (Система менеджмента качества).

2. СТО-13-2011. Стандарт организации. Студенческие работы. Общие требования к оформлению [Текст]. – Введ. 2011-10-01. – Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2011.

– 32 с. – (Система менеджмента качества).

3. Атамалян, Э. Г. Приборы и методы измерения электрических величин [Текст]: / Э.Г. Атамалян. – М.: Дрофа, 2005. – 415с.

4. Панфилов, В.А. Электрические измерения [Текст] / В.А. Панфилов. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 288с.

5. Афонский, А. А. Измерительные приборы и массовые электронные изме-

рения [Текст]: / А.А. Афонский, В.П. Дьяконов; под ред. В.П. Дьяконова – М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2007. – 544 с.

21

АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЙ, МОЩНОСТИ И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ по курсу «Метрология и электрические измерения»

Составители: Шпиганович Александр Николаевич Шурыгин Юрий Анатольевич

Редактор: Е.А. Федюшина

Подписано в печать 2013. Формат 60×84 1/4. Бумага офсетная. Ризография. Печ. л.1,1. Тираж 90 экз. Заказ №

Издательство Липецкого государственного технического университета. Полиграфическое подразделение Издательства ЛГТУ.

398600, Липецк, ул. Московская, 30.

22