Файл: Методические указания по лаборатоным работам иркутск 2008г. Лаборатоная работа и1.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.11.2023
Просмотров: 130
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
UлIлсоsdt. (3)
В асимметричных трехфазных цепях трехфазного тока энергия может быть определена по одной из формул:
Wа = t1t2UасIасоs1dt + t1t2UвсIвсоs2dt; (4)
Wа = t1t2UавIасоs3dt + t1t2UсвIссоs4dt; (5)
Wа = t1t2UваIвсоs5dt + t1t2UсаIссоs6dt, (6)
где Uас, Uав и т.д., а так же Iа, Iв, Iс – действующие значения линейных напряжений и токов; 1, 2,…,6 – углы сдвига фаз между соответствующими токами и напряжениями.
Из (1-6) видно, что для измерения энергии трехфазной системы могут быть применены один прибор (счетчик), два или три прибора.
Распространенными приборами для измерения электрической энергии в трехпроводных цепях трехфазного тока являются двухэлементные счетчики. Схема включений двухэлементного активного счетчика принципиально та же, что и двухэлементного ваттметра (рис.).
Двухэлементный счетчик имеет две электрические системы, которые воздействуют на один или на два диска, укрепленные на одной оси. Причем во втором случае погрешность счетчика не зависит от неравномерности нагрузки фаз, не симметрии напряжений и последовательности фаз. Поскольку в этом случае исключено влияние одного элемента счетчика на другой.
При включении двухэлементных однодисковых счетчиков необходимо следить за тем, чтобы последовательность фаз соответствовало той, которая указана на схеме, прилагаемой к счетчику. Это нужно для того, чтобы избежать больших дополнительных погрешностей при изменении последовательности фаз.
Устройство и принцип действия каждой электромагнитной системы двухэлементного счетчика не отличается от однофазного счетчика (подробно рассмотренного в лабораторной работе И-4).
Реактивную мощность или энергию трехфазной сети можно представить как сумму реактивной мощности или энергии отдельных фаз, т.е.:
Q =U1фI1фsin1 + U2фI2фsin2 + U3фI3фsin3; (7)
Wа = t1t2U1фI1ф
sin1dt + t1t2U2фI2фsin2dt + t1t2U3фI3фsin3dt, (8)
Измерить реактивную энергию трехфазной сети можно либо посредством обычных счетчиков, но включаемых по специальным схемам, либо при помощи реактивных счетчиков.
Из выражений (7-8) следует, что для измерения реактивной энергии в общем случае необходимо включить при прибора (счетчика), чтобы каждый из них измерял энергию отдельной фазы, а затем сложить их показания.
В зависимости от характеристик нагрузки и типа системы возможно применение методов одного, двух или трех приборов.
Для измерения реактивной энергии в трехпроводных цепях трехфазного тока применяются счетчики с 60 градусным сдвигом типов СРЗ-ИТР, СРЗУ-И44. Это счетчики двухэлементные, отличающиеся от счетчиков активной энергии тем, что угол сдвига между напряжением на зажимах параллельной цепи каждого элемента и соответствующим параллельным рабочим магнитным потоком составляет не 90, а 60.
Уменьшение угла сдвига достигается включением в параллельную цепь каждого элемента счетчика резистора (рис.)
Исходя из схемы соединения, учитывая сказанное о 60 градусном сдвиге, выражения вращающих моментов, действующих на диск счетчика (1), можно переписать в виде:
С о з д а в а е м ы й п е р в ы м э л е м е н т о м
М1 = k1ФвсФаsin1 = k1ФвсФаsin(150-);
С о з д а в а е м ы й в т о р ы м э л е м е н т о м
М2 = k1ФасФсsin2 = k1ФасФсsin(210-).
Считая магнитные потоки пропорциональными соответствующим токам, выражение вращающего момента, действующего на подвижную часть счетчика, в частном случае симметричной нагрузки можно записать в следующем виде:
М = М1+ М2 =kUлIл (sin(150-) + sin(210-)) = k3UлIл sin. (9)
Из полученного выражения (9) следует, что вращающий момент счетчика пропорционален реактивной мощности и счетчик может учитывать реактивную энергию. Это утверждение справедливо и для несимметричной нагрузки.
Отсчет энергии производится по показаниям счетного механизма. Единице электрической энергии (1кВтч), регистрируемой счетным механизмом, соответствует определенное число оборотов подвижной части счетчика. Это соотношение, называемое передаточным числом А, указывается на счетчике. Величина, обратная передаточному числу, т.е. отношение зарегистрированный энергии к числу оборотов диска, называется номинальной постоянной Сн. Значения Сн и А зависят только от конструкции счетного механизма и для данного счетчика не изменены. Зная передаточное число А, легко вычислить номинальную постоянную счетчика, выраженную в Втс/об:
Сн = 1000*3600/А,
где коэффициенты 1000 и 3600 служат для перевода киловатт в ватты и часов в секунды.
Под действительной постоянной счетчика С понимается количество энергии, действительной израсходованной в цепи за один оборот подвижной части. Эта энергия может быть измерена образцовыми приборами, например: ваттметром и секундомером. Действительная постоянная счетчика определяется по формуле:
С=Рt/N,
где Р – мощность по ваттметру; t – отсчет по секундомеру; N – число оборотов диска счетчика за время t;
С=Qt/N,
где Q – реактивная мощность.
Действительная постоянная, в отличие от номинальной, зависит от режима работы счетчика и внешних условий. Зная значения постоянных С и Сн, можно определить систематическую составляющую относительной погрешности счетчика, которая записывается:
w = Wсч–Wа / Wд = Сн-С /С,
где Wсч – энергия, учтенная счетчиком; Wд – действительное значение энергии, израсходованной в цепи.
Согласно ГОСТу 6570-75, по точности счетчика активной энергии делятся на классы 0,5; 1; 2,0; 2,5, а счетчики реактивной энергии – на классы 1,5; 2,0; 3.
Важным показателем, характеризующим работу потребителей электроэнергии, является коэффициент мощности.
В практических условиях работы коэффициент мощности непрерывно колеблется в следствии изменения загрузки двигателей. Среднее значение коэффициента мощности за отрезок времени можно определить на основании результатов измерения активной (Wа) энергии трехфазной системы из соотношений:
соsср = Wа / (W2а + W2а),
или
tgср = Wр / Wа.
Такой коэффициент мощности называется средневзвешенным (1, с. 75-78; 121-135; 3, с. 132-134, 191-199).
Знакомство с методами измерения активной и реактивной энергии.
Изучение устройства и принципа действия многоэлементных счетчиков активной и реактивной энергии и определение их погрешностей.
Построение векторных диаграмм токов и напряжений для всех видов нагрузок.
Порядок выполнения работы
где соs=Р/3UI, реактивная мощность Q = 3UIsin.
В асимметричных трехфазных цепях трехфазного тока энергия может быть определена по одной из формул:
Wа = t1t2UасIасоs1dt + t1t2UвсIвсоs2dt; (4)
Wа = t1t2UавIасоs3dt + t1t2UсвIссоs4dt; (5)
Wа = t1t2UваIвсоs5dt + t1t2UсаIссоs6dt, (6)
где Uас, Uав и т.д., а так же Iа, Iв, Iс – действующие значения линейных напряжений и токов; 1, 2,…,6 – углы сдвига фаз между соответствующими токами и напряжениями.
Из (1-6) видно, что для измерения энергии трехфазной системы могут быть применены один прибор (счетчик), два или три прибора.
Распространенными приборами для измерения электрической энергии в трехпроводных цепях трехфазного тока являются двухэлементные счетчики. Схема включений двухэлементного активного счетчика принципиально та же, что и двухэлементного ваттметра (рис.).
Двухэлементный счетчик имеет две электрические системы, которые воздействуют на один или на два диска, укрепленные на одной оси. Причем во втором случае погрешность счетчика не зависит от неравномерности нагрузки фаз, не симметрии напряжений и последовательности фаз. Поскольку в этом случае исключено влияние одного элемента счетчика на другой.
При включении двухэлементных однодисковых счетчиков необходимо следить за тем, чтобы последовательность фаз соответствовало той, которая указана на схеме, прилагаемой к счетчику. Это нужно для того, чтобы избежать больших дополнительных погрешностей при изменении последовательности фаз.
Устройство и принцип действия каждой электромагнитной системы двухэлементного счетчика не отличается от однофазного счетчика (подробно рассмотренного в лабораторной работе И-4).
Реактивную мощность или энергию трехфазной сети можно представить как сумму реактивной мощности или энергии отдельных фаз, т.е.:
Q =U1фI1фsin1 + U2фI2фsin2 + U3фI3фsin3; (7)
Wа = t1t2U1фI1ф
sin1dt + t1t2U2фI2фsin2dt + t1t2U3фI3фsin3dt, (8)
Измерить реактивную энергию трехфазной сети можно либо посредством обычных счетчиков, но включаемых по специальным схемам, либо при помощи реактивных счетчиков.
Из выражений (7-8) следует, что для измерения реактивной энергии в общем случае необходимо включить при прибора (счетчика), чтобы каждый из них измерял энергию отдельной фазы, а затем сложить их показания.
В зависимости от характеристик нагрузки и типа системы возможно применение методов одного, двух или трех приборов.
Для измерения реактивной энергии в трехпроводных цепях трехфазного тока применяются счетчики с 60 градусным сдвигом типов СРЗ-ИТР, СРЗУ-И44. Это счетчики двухэлементные, отличающиеся от счетчиков активной энергии тем, что угол сдвига между напряжением на зажимах параллельной цепи каждого элемента и соответствующим параллельным рабочим магнитным потоком составляет не 90, а 60.
Уменьшение угла сдвига достигается включением в параллельную цепь каждого элемента счетчика резистора (рис.)
Исходя из схемы соединения, учитывая сказанное о 60 градусном сдвиге, выражения вращающих моментов, действующих на диск счетчика (1), можно переписать в виде:
С о з д а в а е м ы й п е р в ы м э л е м е н т о м
М1 = k1ФвсФаsin1 = k1ФвсФаsin(150-);
С о з д а в а е м ы й в т о р ы м э л е м е н т о м
М2 = k1ФасФсsin2 = k1ФасФсsin(210-).
Считая магнитные потоки пропорциональными соответствующим токам, выражение вращающего момента, действующего на подвижную часть счетчика, в частном случае симметричной нагрузки можно записать в следующем виде:
М = М1+ М2 =kUлIл (sin(150-) + sin(210-)) = k3UлIл sin. (9)
Из полученного выражения (9) следует, что вращающий момент счетчика пропорционален реактивной мощности и счетчик может учитывать реактивную энергию. Это утверждение справедливо и для несимметричной нагрузки.
Отсчет энергии производится по показаниям счетного механизма. Единице электрической энергии (1кВтч), регистрируемой счетным механизмом, соответствует определенное число оборотов подвижной части счетчика. Это соотношение, называемое передаточным числом А, указывается на счетчике. Величина, обратная передаточному числу, т.е. отношение зарегистрированный энергии к числу оборотов диска, называется номинальной постоянной Сн. Значения Сн и А зависят только от конструкции счетного механизма и для данного счетчика не изменены. Зная передаточное число А, легко вычислить номинальную постоянную счетчика, выраженную в Втс/об:
Сн = 1000*3600/А,
где коэффициенты 1000 и 3600 служат для перевода киловатт в ватты и часов в секунды.
Под действительной постоянной счетчика С понимается количество энергии, действительной израсходованной в цепи за один оборот подвижной части. Эта энергия может быть измерена образцовыми приборами, например: ваттметром и секундомером. Действительная постоянная счетчика определяется по формуле:
Для счетчика активной энергии
С=Рt/N,
где Р – мощность по ваттметру; t – отсчет по секундомеру; N – число оборотов диска счетчика за время t;
Для счетчика реактивной энергии
С=Qt/N,
где Q – реактивная мощность.
Действительная постоянная, в отличие от номинальной, зависит от режима работы счетчика и внешних условий. Зная значения постоянных С и Сн, можно определить систематическую составляющую относительной погрешности счетчика, которая записывается:
w = Wсч–Wа / Wд = Сн-С /С,
где Wсч – энергия, учтенная счетчиком; Wд – действительное значение энергии, израсходованной в цепи.
Согласно ГОСТу 6570-75, по точности счетчика активной энергии делятся на классы 0,5; 1; 2,0; 2,5, а счетчики реактивной энергии – на классы 1,5; 2,0; 3.
Важным показателем, характеризующим работу потребителей электроэнергии, является коэффициент мощности.
В практических условиях работы коэффициент мощности непрерывно колеблется в следствии изменения загрузки двигателей. Среднее значение коэффициента мощности за отрезок времени можно определить на основании результатов измерения активной (Wа) энергии трехфазной системы из соотношений:
соsср = Wа / (W2а + W2а),
или
tgср = Wр / Wа.
Такой коэффициент мощности называется средневзвешенным (1, с. 75-78; 121-135; 3, с. 132-134, 191-199).
Программа работы
Знакомство с методами измерения активной и реактивной энергии.
Изучение устройства и принципа действия многоэлементных счетчиков активной и реактивной энергии и определение их погрешностей.
Построение векторных диаграмм токов и напряжений для всех видов нагрузок.
Порядок выполнения работы
-
С
обрать схему (рис.)
-
Последовательно изменяя характер нагрузки, отсчитать целое оборотов диска счетчика реактивной энергии (N) (N, N указывает преподаватель). Измерить время (t) по образцовому секундомеру и активную мощность (Р) по образцовому ваттметру для следующих случаев: активная симметричная нагрузка; асинхронной двигатель; активная нагрузка и двигатель; емкостная нагрузка; емкостная нагрузка и двигатель; емкостная и активная нагрузка. При всех опытах токи на амперметрах устанавливать равными. Учитывая, что абсолютная погрешность измерения времени, определяемая скорость реакции наблюдателя и разностью погрешностей при включении и выключении секундомера, составляет величину порядка (0,1-0,2)с, время каждого измерения нужно брать не менее 30 с. Только при таком условии относительная погрешность измерения времени составит 0,3-0,7%, что является максимально допустимой величиной при поверке счетчиков классов 2,0 и2,5. -
Результаты измерений и вычислений свести в табл.1
Таблица 1
I | U | Р | соs | sin | Q | Счетчик активной энергии | Счетчик реактивной энергии | С | С | ||||||||
| t | N | Wа | С | w | t | N | Wр | С | w | ||||||||
| А | В | Вт | | | Вар | с | об | Втс | Втс/об | % | с | об | вар*с | Вар*с /об | % | Втс/об | Вар*с /об |
где соs=Р/3UI, реактивная мощность Q = 3UIsin.
-
Исходя из классов точности приборов и их показаний, определить относительные погрешности всех прямо измеренных величин. Вычислить абсолютные погрешности измерения действительных постоянных счетчика, руководствуясь “Краткими указаниями по обработке и представлению результатов измерений” и занести в табл.1. Если абсолютные погрешности малы, вычислить относительную погрешность счетчика w. Отдельно вычислить относительные погрешности косвенных измерений соs и sin. Погрешность косвенного измерения оценить, исходя из предположения о том, что они создаются в основном только прибором, измеряющим величину с максимальной относительной погрешностью. -
Использую построенные векторные диаграммы, определить процентное соотношение вращающих моментов, действующих на диск счетчика активной энергии, полагая, что М1+М2=М и вычисляя величины М1 и М2 в долях М. -
Сделать выводы о пригодности исследуемых счетчиков к работе.