Файл: Методические указания по лаборатоным работам иркутск 2008г. Лаборатоная работа и1.doc

Перечислить методы измерения активной энергии и мощности в трехфазных цепях, привести схемы включения приборов. Указать в каких случаях применяется тот или иной метод измерения.
Указать, методы и способы измерения реактивной энергии, привести схемы включения приборов.
Как включаются генераторные зажимы счетчиков активной энергии и ваттметров?
Объяснить устройство и принцип действия трехфазных счетчиков активной энергии.
В чем состоит отличие счетчиков активной и реактивной энергии?
Что понимается под средневзвешенным коэффициентом мощности установки и как он определяется по показаниям счетчиков активной и реактивной энергии?
Почему при включении счетчиков и ваттметров необходимо знать порядок чередования фаз?
Как определяется относительная погрешность счетчика и какова ее связь с классом точности прибора?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА И – 6

ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ В ТРЕХФАЗНЫХ ЦЕПЯХ

Цель работы – методы измерения мощности в трехфазной цепи.

Приборы и принадлежности: однофазные ваттметры, вольтметр, амперметр, трехфазная нагрузка.

Основные понятия

Измерение мощности в трехфазной цепи может быть произведено одним, двумя, тремя однофазными ваттметрами, включенными по различным схемам. Количество приборов и схемы их включения определяются системой питания (трех проводная или четырех проводная) и нагрузкой (равномерной и неравномерной).

При равномерной нагрузке мощность трехфазной цепи можно измерить одним ваттметром.

В случае неравномерной нагрузки и трех проводной системы питания достаточно двух ваттметров, а при четырех проводной системе питания и неравномерной нагрузке необходимо три ваттметра.

В работе детально исследуется метод 2-х ваттметров.

В трехфазной системе, независимо от схемы соединения нагрузки – треугольником или звездой – мгновенное значение мощности Р системы равняется сумме мгновенных значений мощностей отдельных фаз. Поскольку треугольник в линейной системе может быть преобразован в соединение звездой с сохранением линейных токов, напряжений и энергетического баланса, можно проанализировать одну из схем.

При соединении приемников звездой (рис.) можно записать:

р = i_аU_а + i_вU_в + i_сU_с, (1)

Где U_а, U_в, U_с – мгновенные значения фазных напряжений;

i_а, i_в, i_с – мгновенные значения фазных токов.

На основании первого закона Кирхгофа в (1) можно исключить один из токов:

i_в = i_а- i_с.

Подставляя (2) в (1), получим:

Р = i_а(U_а - U_в) + i_с(U_с - U_в),

так как

U_а - U_в= U_ав, U_с - U_в= U_св, то р = i_аU_ав + i_сU_св.

Переходим от мгновенных значений мощности к средним (активной мощности):

Р = (1/Т)*_о^трdt = (1/Т)*_о^т(i_аU_ав + i_сU_св)dt = I_аU_авсоs(I_а^U_ав) + I_сU_свсоs(I_с^U_св);

Р = I_аU_авсоs₁+ I_сU_свсоs₂.

Произведение тока на напряжение (действующие значения) и на косинус угла сдвига фазы между ними может быть измерено ваттметрами электродинамической системы:

Р₁ = I_аU_авсоs₁, Р₂ = I_сU_свсоs₂,

где ₁ – угол сдвига фаз между током I_а и напряжением U_ав; ₂ – угол сдвига фаз между током I_с и напряжением U_св(рис.),

Р = Р₁ + Р₂. (3)
Активная мощность трехфазной цепи может быть представлена в виде суммы двух слагаемых. Первое слагаемое выражения (3) измеряется первым ваттметром, второе слагаемое – вторым.

Для этого ваттметры необходимо включить следующим образом: последовательная цепь первого ваттметра в соответствии с индексом А у тока Iа включена в линию А, и так как ток положителен, то генераторный зажим этой цепи соединен с источником питания.

Генераторный зажим параллельной цепи в соответствии с первой частью индекса А у напряжения Uав соединен с линией А, а негенераторный зажим той цепи в соответствии со второй частью индекса В присоединен к линии В. Аналогичным образом включен второй ваттметр (рис.)

Поскольку приведенные соображения справедливы и для треугольника (рис.), такая схема включения ваттметров верна и в этом случае (рис.)

Показания ваттметров зависят от углов сдвига фазы между линейными токами и линейными напряжениями, и для конкретной нагрузки анализ работы каждого ваттметра удобен с использованием векторных диаграмм. Примеры диаграмм для частного случая симметричной нагрузки при симметричной системе напряжений приведены на рисунках (рис.).

Для симметричной нагрузки _1,2= 30 и показания ваттметров таковы:

Р₁ = I_лU_лсоs(30+), Р₂ = I_лU_лсоs(30-).

При активной нагрузке (=0) показания ваттметров будут одинаковы, то есть:

Р₁ = Р₂ = I_лU_лсоs30.

При нагрузке с углом сдвига 60 показание первого ваттметра равно 0, т.е.:

Р₁ = I_лU_лсоs90=0,

и, следовательно, мощность трехфазной цепи измеряется одним ваттметром:

Р = Р₂ = I_лU_лсоs30.

При нагрузке с углом сдвига   60 мощность, измеряемая первым ваттметром, будет отрицательной, так как 30+  90, а косинусы углов, больших 90 - отрицательны. Следовательно, стрелка ваттметра повернется влево от нуля. Для производства отсчета необходимо изменить на 180 фазу тока в одной из цепей ваттметра. В этом случае мощность трехфазной цепи находится как алгебраическая сумма показаний ваттметров:

Р= Р₁ + Р₂ = - |Р₁| + |Р₂|.

При равномерной нагрузке фаз реактивную мощность трехфазной цепи можно определить как разность показаний ваттметров, умноженную на 3:

3(Р₂ – Р₁) =3 I_лU_л(соs(30-) - соs(30+)) = 3 I_лU_лsin = Q.

(1, с. 68-73, 128-132; 118-121; 3, с. 122-126, 189-197).

Программа работы

Измерить мощность трехфазной цепи двумя ваттметрами при симметричной нагрузке, но при различных соs. Определить погрешности измерений.
Порядок выполнения работы

Собрать схему (рис.).
Переключатель поставить в положение . Этот переключатель меняет величину сопротивлений нагрузки.
Включить питание стенда.
Включить активную нагрузку и реостатами R установит симметричную нагрузку так, чтобы показания амперметров в фазах А, В, С были одинаковыми. Записать показания приборов в табл.1. Выключить нагрузку R.
Включить двигатель АД. Если стрелка ваттметра РW1 отклоняется влево от нуля, переключатель ваттметра “ПЛЮС-МИНУС” поставить в положение МИНУС и показания прибора записать со знаком минус. Записать показания приборов в табл.1.
Включить возбуждение генератора (постоянный ток). Реостатами R1 и R2 установить стрелку одного ваттметра на нуль. Записать показания приборов в табл.1.
Реостатами R1 и R2 добиться чтобы стрелки ваттметров отклонялись в положительную сторону, но на разные углы. Если будет недостаточно R1 и R2, включить еще сопротивление R. Записать показания приборов в табл.1.
Реостаты R и обмотки двигателя соединить треугольником (рис.)
Переключатель на стенде поставить в положение .
Повторить пункты 4-7.

Таблица 1

I,А

U,В

_w₁,дел

_w₂,дел

Р₁, Вт

Р₂, Вт

Р, Вт

соs



Q, вар

tg



где _w– показания ваттметров РW1 и РW2;

Р₁ = С_w₁_w₁; Р₂ = С_w₂_w₂; соs = Р/3IU; tg = Q/Р = 3 (Р₂ – Р₁)/(Р₂ + Р₁);

С_w – цена деления ваттметров;

С_w = I_maxU_max/ _wmax

;

I_max, U_max– пределы ваттметра по току и напряжению.

Для всех нагрузок построить векторные диаграммы токов и напряжений, указать на них углы ваттметров ₁ и ₂. С целью контроля правильности построения диаграммы определить с ее помощью показания ваттметров, измерив на диаграмме соответствующие углы.
Исходя из классов точности приборов и их показаний, определить относительные погрешности всех прямо измеренных величин. Вычислить абсолютные погрешности измерения мощности и занести в табл.1. Отдельно вычислить относительные погрешности двух косвенных измерений угла  (вычисленного на соs и из tg). Погрешности косвенного измерения оценить исходя из предположения о том, что они создаются только прибором, измеряющим величину с максимальной относительной погрешностью (это утверждение несправедливо при суммировании двух величин, когда либо складываются, либо вычитаются абсолютные погрешности).

Контрольные вопросы

Объясните, как устроен и как работает ваттметр электродинамической системы.
В каких случаях и каким образом активная мощность трехфазной системы может быть измерена одним ваттметром?
В каких случаях для измерения мощности используются два ваттметра?
Доказать, что сумма показаний двух ваттметров равна мощности трехфазной цепи.
Почему при углах сдвига фаз трехфазной системы более 60 один из двух ваттметров, включенных для измерения активной мощности, показывает отрицательные величины?
В каком случае и как по показаниям двух ваттметров, включенных для измерения активной мощности, можно определить реактивную мощность?
Как включить ваттметр для измерения реактивной мощности?
Начертить возможные схемы включения двух ваттметров для измерения активной мощности? Указать источники погрешностей такого измерния.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА И-7
ИЗМЕРЕНИЙ СОПРОТИВЛЕНИЙ
Цель работы - ознакомление с основными методами измерения сопротивлений.

Оборудование и принадлежности: измеряемые резисторы, вольтметр, миллиамперметр, мосты постоянного тока, мегомметр.
1. Основные понятия