Федеральное агентство по образованию

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

Методические указания

Красноярск ИПЦ КГТУ 2006

УДК 389.+681.2(07) Т18

Рецензент

В. И. Пантелеев, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой ЭСиЭТ КГТУ

Т18 Информационно-измерительная техника: метод, указания по лабора­торным работам № 3-5 для студентов укрупненной группы направле­ния подготовки специалистов 140000 - «Энергетика, энергетическое машиностроение и электротехника» (спец. 140203.65, 140204.65, 140205.65, 140211.65, 140604.65, 140605.65, 140606.65) / сост.: Т. И. Танкович, А. С. Амузаде, В. В. Шевченко. - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. - 24 с.

Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом университета

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Целью преподавания дисциплины является получение студентами зна­ний о современных информационно-измерительных средствах, о принципах их действия и об основных характеристиках. Студенты должны овладеть со­временными практическими навыками в обращении с измерительной аппаратурой.

Лабораторный практикум по дисциплине «Информационно-измерительная техника и электроника» включает в себя 12 лабораторных ра­бот. Задачи, предлагаемые на лабораторных занятиях, могут быть решены только при условии предварительной подготовки. По материалам методиче­ских указаний следует предварительно познакомиться с основными парамет­рами объекта исследования и источника питания, а также с измерительной установкой, с ее техническими параметрами, принципом действия.

В соответствии с каждым этапом задания студенты составляют схемы соединения электрических элементов исследуемого объекта и электроизме­рительных средств. Собранная студентами схема проверяется преподавате­лем, только с его разрешения можно включить источник питания и провести предварительное опробование цепи.

При снятии характеристик объекта исследования недопустимо превы­шать номинальные значения токов и напряжений испытуемого устройства.

Результаты всех измерений сводят в таблицу. Между собой установки отличаются параметрами, что обеспечивает самостоятельность работы каж­дой бригады студентов и многообразие результатов.

© КГТУ, 2006

Печатается в авторской редакции Оформление Н. Н. Вохман

Гигиенический сертификат № 24.49.04.953.П.000338.05.01 от 25.05.2001 г.
Подп. в печать 11.12.2006. Формат 60x84/16. Бумага тип. № 1. Офсетная печать.
Усл. печ. л. 1,4. Уч.-изд. л. 1,25. Тираж 300 экз. Заказ С 234

Отпечатано в ИПЦ КГТУ 660074, Красноярск, ул. Киренского, 28

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Шунты и делители напряжения

Цель работы: ознакомиться с основными способами расширения пре­делов измерения аналоговых амперметров и вольтметров, исследовать влия­ние внутреннего сопротивления приборов на относительную погрешность измерения.

Краткие теоретические сведения

Измерение токов и напряжений в подавляющем большинстве случаев производится посредством аналоговых амперметров и вольтметров. Для этой цели применяют магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинами­ческие, электростатические приборы. Измерительные механизмы (ИМ) ам­перметров и вольтметров принципиально не различаются. В зависимости от назначения прибора (для измерения тока или напряжения) меняется его из­мерительная цепь.

В амперметрах ИМ включается в цепь параллельно с шунтом, в вольтмет­рах ИМ включается последовательно с добавочным резистором, и прибор под­ключается к тем точкам схемы, где необходимо измерять ток или напряжение.

Масштабные измерительные преобразователи предназначены для рас­ширения пределов измерения в заданное число раз. К масштабным измери­тельным преобразователям относятся шунты, делители напряжения, измери­тельные трансформаторы тока и напряжения, измерительные усилители.

Шунты. На рис. 3.1 приведена схема включения измерительного меха­низма с помощью шунта

Если необходимо иметь ток I_п в ИМ прибора меньше в и раз измеряе­мого тока I, то сопротивление шунта будет:

(З.1)

где R_n - сопротивление ИМ прибора, Ом;

n - коэффициент шунтирования величины измеряемого тока,

I= n•I_n (3.2)

Делители напряжения. Для расширения пределов измерения по напря­жению используются добавочные сопротивления, которые включаются после­довательно с ИМ. Они образуют с внутренним сопротивлением ИМ делитель напряжения (рис. 3.2). Если напряжение, необходимое для полного отклоне­ния подвижной части ИМ прибора, равно Un, а измеряемое напряжение

U = m*U_n, (3.3)

то добавочное сопротивление определяется выражением

R_g=R_n(m-1), (3.4)

где R_n — сопротивление ИМ, Ом;

т - коэффициент, показывающий, во сколько раз измеряемое напряжение больше напряжения ИМ.

Рис. 3.1. Схема включения ИМ с шунтом Рис. 3.2. Схема включения ИМ с делителем

напряжения

Шунты и добавочные сопротивления часто используются с магнито­электрическими ИМ. Применение шунтов и добавочных сопротивлений с электромагнитными, электродинамическими, ферродинамическими и элек­тростатическими ИМ нерационально из-за сравнительно большого потребле­ния мощности этими механизмами, что приводит к существенному увеличе­нию размеров шунтов. Кроме того, при включении шунтов на переменном токе возникает дополнительная погрешность от изменения частоты, т.к. при изменении частоты сопротивления шунта и ИМ будут изменяться неодина­ково. Шунты и делители напряжения изготавливаются из манганина. Поэто­му делители напряжения не только расширяют предел измерения, но и уменьшают температурную погрешность вольтметра.

При измерении тока амперметр включается последовательно с источ­ником ЭДС и сопротивлением нагрузки R_н. Если внутреннее сопротивление амперметра R_A, то будет иметь место следующая относительная погрешность при измерении тока:

, (3.5)

где I- действительное значение тока в цепи до включения амперметра, А;

I_x - измеренное значение тока в цепи, А.

Отношение сопротивлений можно заменить отношением мощностей Р_А и Рн, потребляемых соответственно амперметром и нагрузкой цепи:

, (3.6)

Погрешность измерения тем меньше, чем меньше потребляемая прибо­ром мощность Р_А по сравнению с мощностью цепи Р_н, в которой осуществ­ляется измерение. Поэтому амперметр, включаемый последовательно в цепь нагрузки, должен обладать малым сопротивлением, т. е. Р_А ~ 0.

При измерении напряжения вольтметр включают параллельно нагруз­ке. Если внутреннее сопротивление вольтметра R_v, то будет иметь место следующая относительная погрешность измерения напряжения:

, (3.7)

где U - действительное значение напряжения на нагрузке до включения вольтметра, В;

U_x - измеренное значение напряжения на нагрузке, В. Отношение сопротивлений R_H/R_V обратно пропорционально отно­шению мощностей вольтметра R_v и цепи Р_н:

, (3.8)

Мощность, потребляемая вольтметром, должна быть мала, а его внут­реннее сопротивление велико R_v →.

При использовании измерительных приборов в мощных цепях собст­венное потребление мощности измерительными приборами обычно не учи­тывается. В маломощных цепях потребление мощности измерительными приборами должно быть учтено, что делается за счет внесения поправок либо использования электронных приборов. Мощность, потребляемая измери­тельными приборами, колеблется от долей микроватта до нескольких ватт в зависимости от системы и назначения прибора.

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка состоит из переносного стенда, на лицевой па­нели которого изображена принципиальная электрическая схема (рис. 3.3). В схеме используются амперметр Vо с постоянным пределом измерения, а так же амперметр А и вольтметр К с изменяемым пределом измерения, четы­ре шунта и четыре добавочных сопротивления. На стенде имеются: гибкие проводники, с помощью, которых амперметр и вольтметр подключаются к гнездам шунтов и добавочных резисторов; тумблер включения питания и кнопка S подачи напряжения в схему; регулировочное сопротивление R и сопротивление нагрузки Ян-

Рис. 3.3. Схема установки

Порядок выполнения работы

1. Произвести замену контрольных приборов с «1» на «3» (см. рис. 3.4).

2. Включить шнур питания установки в сеть переменного тока.

3. Переключить стенд в положение «3».

4. Включить тумблер В5 (сеть), после чего загорится светодиод «сеть».

5. В измерительной схеме произвести измерение напряжения с доба­вочным сопротивлением, для этого включаем вольтметр (тумблер ВЗ в поло­жение «вкл», В4 - «откл»). По указанию преподавателя устанавливаем U4

6. Произвести замеры напряжения при различных добавочных сопротив­лениях (вращать ручку потенциометра П1 вправо, довести значение напряже­ния до максимального, далее до минимального, записать показания в табл. 3.1).

7. Отключить вольтметр и включить амперметр для замера с шунтами (тумблер ВЗ в положение «откл», В4 - «вкл»). Ток I0 задаётся преподавателем.

8. Произвести замеры токов при различных значениях шунтов (потен­циометром П2 увеличиваем ток нагрузки до максимума и с ним ток образцо­вого и испытуемого прибора, затем также до минимума). Показания прибо­ров записать в табл. 3.1.

Рис. 3.4. Наглядная схема стенда

Таблица 3.1

Результаты измерений

№ п/п	I0, А	Uo,B	Число деле- ний ампер- метра А с шунтом, пА	Сопротивле ние шунта R Ом	Число делений вольтметра V с добавочным со- противлением, Nv	Добавочное сопротивле- ние Rg, кОм
	0,2			Rm1 =0,5		Rg1=24,3
	0,4			Rш2 = 0,25		Rg2 = 49,3
	0,6			RшЗ = 0,17		Rg3 = 61,8
	0,8			Rш4 = 0,13		Rg4 = 74,3
				Rш5 = 0,1		Rg5 = 86,8

9. Определить цену деления и предел измерения амперметра (для 5
шунтов) и вольтметра (для 5 добавочных сопротивлений).

Цена деления

, (3.9)

где Х- измеренная величина (I₀ или U₀), А(В);

N - число делений, соответствующих измеренной величине. Предел измерения

X_max = C*N, (3.10)

где N - число делений шкалы прибора (I, V).

10.Рассчитать внутреннее сопротивление прибора с шунтом и доба­вочным резистором, учитывая, что сопротивление ИМ амперметра равно 14,5 Ом, а сопротивление ИМ вольтметра 400 Ом.

11.Определить относительную погрешность измерения тока ампермет­ром при использовании шунтов, принимая сопротивление нагрузки 35 Ом.

12.Определить относительную погрешность измерения напряжения вольтметром при использовании добавочных сопротивлений, принимая со­противление нагрузки 35 Ом. Данные, полученные расчетным путем, свести в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Результаты расчетов

№ п/п	Цена деления амперметра, А/дел.	Предел измерения, Imах, А	Сопротивление амперметра с шунтом, RaOм	Относительная погрешность у}	Цена деления вольтметра, Cу, В/дел.	Предел измерения вольтметра, Umaх, B	Сопротивление вольтметра, R% кОм	Относительная погрешность у v

13. По результатам измерений и расчетов построить графики зависимо­сти относительной погрешности приборов от величины их внутреннего со­противления.

Содержание отчета

1. Наименование и цель работы.

2. Основные расчетные формулы.

3. Схема установки.

4. Таблицы с экспериментальными и расчетными величинами.

5. Графики относительной погрешности приборов.

6. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Для измерения каких величин используются амперметры и вольт­метры с магнитоэлектрическим измерительным механизмом?

2. Назовите способы расширения пределов измерения измерительных приборов?

3. Укажите преимущества и недостатки различных способов расшире­ния пределов измерения.

4. Как рассчитывается сопротивление шунта и добавочного резистора?

5. Как определяется внутреннее сопротивление прибора при использо­вании шунтов и добавочных резисторов?

6. Как определяется относительная погрешность измерения тока?

7. Как определяется относительная погрешность измерения напряжения?

8. Почему делители напряжения уменьшают температурную погреш­ность вольтметра?

9. В каких цепях должно быть учтено потребление мощности измери­тельными приборами?

Библиографический список

1.Кравцов, А. В. Метрология и электрические измерения: учеб. для ву­зов / А. В. Кравцов - М.: Колосс, 1999. - 216 с.

2.Демидова-Панферова, Р. М. Задачи и примеры расчетов по электроизме­рительной технике: учеб. пособие для вузов / Р. М. Демидова-Панферова, В. Н Малиновский, Ю. С. Солодов. -М.: Энергоатомиздат, 1990. - 192 с.

3.Основы метрологии и электрические измерения / ред. Е. М. Душин. -Л.: Энергоатомиздат, 1987. - С. 101-113.

4. Котур, В. И. Электрические измерения и электрические приборы учеб. для техн. / В. И. Котур, М. А. Скомская, Н. Н. Храмова. - М.: Энерго атомиздат, 1986. - 400 с.

5. Электрические измерения / ред. А. В. Фремке, Е. М. Душин. - Л. Энергия, 1980.-С. 79-101.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Исследование измерительных трансформаторов тока и напряжения

Цель работы: ознакомиться с работой измерительных трансформато­ров, исследовать характеристики измерительных трансформаторов.

Краткие теоретические сведения

Для расширения пределов измерения на переменном токе наибольшее распространение получили измерительные трансформаторы тока (ИТТ) и на­пряжения (ИТН). Их преимуществом является то, что они преобразуют большие первичные токи (напряжения) в относительно малые токи (напря­жения), допустимые для измерений приборами с небольшими пределами из­мерений (5 А, 100 В).

Кроме расширения пределов измерения, измерительные трансформаторы осуществляют гальваническое разделение измерительных приборов и цепей высокого напряжения, что обеспечивает безопасность работы обслуживающего персонала. С точки зрения техники безопасности, существенным является тре­бование закорачивания вторичной обмотки трансформатора тока при различ­ных переключениях в ее цепях, т.к. при разомкнутой вторичной обмотке в ней будет индуцироваться ЭДС, достигающая опасных значений (2 кВ и выше).

Измерительные трансформаторы состоят из двух изолированных друг от друга обмоток: первичной - с числом витков w1 и вторичной w₂, поме­щенных на ферромагнитном сердечнике (рис. 4.1).

В трансформаторах тока, как правило, первичный ток I1 больше вто­ричного I₂, поэтому в них w1 < w_2.В трансформаторах напряжения первич­ное напряжение U1 больше вторичного U₂, поэтому в них w1 >w₂. По пока­заниям приборов, включенных во вторичные обмотки, можно определить значение измеряемых величин первичного тока и первичного напряжения.

U₁=Кu*U₂, I₁ = K₁*I₂ (4.1)

где К_I и К_U — действительные коэффициенты трансформации измерительных трансформаторов.

Значение действительного коэффициента трансформации не является постоянным и зависит от режима работы трансформатора, т.е. измеряемого тока или напряжения, сопротивления вторичной обмотки, частоты тока. По­этому на практике пользуются номинальным коэффициентом трансформа­ции, который для данного трансформатора является величиной постоянной. Для ИТТ номинальный коэффициент трансформации обозначают, для ИТН -K_Uh. Тогда приближенное значение измеренного тока и напряжения

I₁=К_IHI₂, U₁=K_UHU₂. (4.2)

Относительная погрешность вследствие неравенства действительного и номинального коэффициента трансформации может быть определена для трансформатора тока по формуле

, (4,3)

для трансформатора напряжения

, (4,4)

Погрешность f1 называется токовой погрешностью, a f_U — погрешно­стью напряжения. Кроме токовой погрешности и погрешности по напряже­нию, у измерительных трансформаторов имеется угловая погрешность 5.

Из теории трансформаторов известно, что в идеальном случае вектор вторичного тока (напряжения U₂) сдвинут по фазе относительно вектора пер­вичного тока I₁ (напряжения U1 в ИТН) на 180°. В реальном трансформаторе угол между повернутым на 180° вектором вторичной величины (-I₂ или -U2) и соответствующим вектором первичной величины (I₁ или U1) не будет ра­вен нулю, и составляет угол 8, который называется угловой погрешностью трансформатора (рис. 4.2). Погрешность считается положительной, если по­вернутый на 180° вектор вторичной величины опережает вектор первичной величины, а если отстает, то погрешность считается отрицательной.

Рис. 4.2. Схема включения ИТТ и ИТН

Угловая погрешность измерительных трансформаторов тока 8j, и на­пряжения д_и оказывает влияние на показания таких приборов, отклонение подвижной части которых зависит от фазы между токами в цепях этих при­боров (ваттметры, счетчики, фазометры).

Поверку измерительных трансформаторов проводят с помощью образ­цовых измерительных ТТ и ТН дифференциальным нулевым методом. Класс точности приборов устанавливается по относительной погрешности. ИИТ подразделяют на следующие классы точности: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 3,0; 10,0. ИТН подразделяются на классы точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 3,0; 10,0. Для трансформаторов класса точности 3,0 и 10,0 нормируется только токовая погрешность, для ИТН - погрешность напряжения. Для этих транс­форматоров величина погрешности не должна превышать ±3 % и ±10 % со­ответственно. Для трансформаторов более высоких классов точности допол­нительно нормируется угловая погрешность 8 в градусах при изменении пер­вичной величины от 50 до 120 % от номинального значения.

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка состоит из источника тока (напряжения), из­мерительного трансформатора тока (напряжения), двух амперметров (вольт­метров), один из которых подключен к первичной, а второй - к вторичной обмотке трансформатора и градуировочного реостата, служащего для изме­нения нагрузки во вторичной цепи ИТТ (ИТН) (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Упрощенная векторная диаграмма Порядок выполнения работы

1.Подать напряжение на схему, включив автомат и тумблер «сеть»: вклю­чить В1 и изменяя положение переключателя П1 меняем коэффициент транс­формации ТТ, на ИГО - ток нагрузки, на ИП1 ток изменяется (см. рис. 4. 1).

2.При различных значениях первичного тока (напряжения) определить значения токов (напряжения) во вторичной цепи; определить действительные коэффициенты трансформации и относительные погрешности. Экспериментальные и расчетные данные занести в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Результаты измерения

№ п/п	I1(U1) А(В)	I2(U2) А(В)	КI(КU) отн. ед.	KIH(KUH), отн. ед.	Относительная погрешность, fI, (fU)

Паспортные данные:

Трансформатор тока (стенд № 4): R₂н = 0,1 Ом, I_IH = 5 А

Трансформатор напряжения (стенд № 4): U_IH = 220 В, I_IН - 50 А.

, , ,

(4 по 28)

3. При первичном токе (напряжении), значение которого задается пре­подавателем, определить значения тока (напряжения) во вторичной цепи при нагрузке вторичной цепи ИТТ (ИТН), составляющей 0,20, 50, 100 и 150 % от номинального значения. Определить действительные коэффициенты транс­формации и относительные погрешности. Экспериментальные и расчетные данные занести в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Результаты расчётов

№ п/п	I1(U1), А(В)	R2(R2H), %	I2(U2), А(В)	KI, (KU) отн. ед.	KIн (KUH) отн. ед.	Погрешность, fI(fU)

Изменение сопротивления нагрузки во вторичной цепи производится с помощью многопредельного градуировочного реостата. Положение I соответ­ствует 20 %, 2-50 %, 3-100 %, 4-150 % от номинального значения нагрузки.

4. По экспериментальным и расчетным данным построить кривые от­носительной погрешности ИИТ (ИТН):

а) в зависимости от I1 (U1) при постоянном номинальном сопротивлении вторичной цепи R₂ =100 %; f_r —F(I_I), f_U = F(U_I).

б) в зависимости от сопротивления вторичной цепи при постоянном
значении первичной величины I1 или U1 для разных значений I₁ или U₁, f₁ = F(R₂...R_2H), f_U =F(R₂...R_2H).

Содержание отчета

1.Наименование и цель работы.

2.Принципиальная электрическая схема установки.

3.Расчетные формулы.

4. Таблицы.

5. Графики погрешностей f,=F(I_I), f_u=F(U₁), f₁= F(R₂...R_2H),

f_u=F(R₂...R_2H).

6. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1.Какие методы расширения пределов существуют?

2.Поясните назначение измерительных трансформаторов.

3.Какие правила техники безопасности необходимо выполнять при ра­боте с трансформаторами тока?

4.Как влияет величина тока (напряжения) в первичной обмотке на по­грешность трансформатора?

5. Как влияет на погрешность измерительного трансформатора величи­на сопротивления нагрузки во вторичной цепи?

6. На показания каких приборов влияет погрешность по току (напряже­нию) и угловая погрешность измерительных трансформаторов?

7. Какие погрешности измерительных трансформаторов существуют и какие погрешности для них нормируются?

8. Какие факторы влияют на погрешность измерительных трансформаторов?

Библиографический список

1.Кравцов, А. В. Метрология и электрические измерения: учеб. для ву­зов / А. В. Кравцов - М.: Колосс, 1999. - 216 с.

2.Демидова-Панферова, Р. М. Задачи и примеры расчетов по электроизме­рительной технике: учеб. пособие для вузов / Р. М. Демидова-Панферова, В. Н. Малиновский, Ю. С. Солодов. -М.: Энергоатомиздат, 1990. - 192 с.

3.Основы метрологии и электрические измерения / ред. Е. М. Душин. -Л.: Энергоатомиздат, 1987. - С. 101-113.

4. Котур, В. И. Электрические измерения и электрические приборы:
учеб. для техн. / В. И. Котур, М. А. Скомская, Н. Н. Храмова. - М.: Энерго-
атомиздат, 1986. - 400 с.

5. Электрические измерения / ред. А. В. Фремке, Е. М. Душин. - Л.

Энергия, 1980.-С. 79-101.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

Измерение мощности в трехфазных цепях переменного тока

Цель работы: ознакомиться с методами измерения активной и реак­тивной мощности в трехфазных сетях с симметричной и несимметричной на­грузкой.

Краткие теоретические сведения

Из выражения для мощности P = U * I, видно, что мощность можно измерять косвенным методом с помощью амперметра и вольтметра. Однако этот метод неудобен при измерении мощности в цепях трехфазного перемен­ного тока.

Поэтому для измерения мощности в цепях переменного тока исполь­зуются приборы - ваттметры.

Независимо от характера нагрузки и схемы соединения трехфазной системы активная мощность Р определяется выражением

, (5.1)

где U_фi, I_фi - соответственно фазные напряжения и токи в симметричной трехфазной системе выражение (5.1) примет вид

, (5.2)

где U , I - линейные напряжения и токи;

- угол между фазными токами и напряжениями.

В трехфазной системе независимо от схемы соединения нагрузки (тре­угольником или звездой) значение активной мощности можно определить из выражений

(5.3а)

или

(5.36)

или

(5.3в)

Из уравнений (5.1)—(5.3) видно, что для измерения мощности трехфазной системы могут быть применены один прибор, два прибора или три прибора.

Метод одного прибора. Если трехфазная система симметрична, а фазы системы соединены звездой с доступной нулевой точкой, то однофазный ваттметр включают по схеме рис. 5.1 и измеряют им мощность одной фазы.

Рис. 5.1. Схемы измерения активной мощности (а) трехфазной сети (б) одним ваттметром Ваттметр покажет мощность

Р - U_ANI_A cos <p(U_ANI_A) = U_ANI_A cos<p = ^jE-- =

V3 cos cp

= ^UAB¹ AB ^cos 9 = ^U_VI<p COS (p.

Для получения суммарной мощности показания прибора надо утроить. Если нагрузка включена треугольником или звездой с недоступной нулевой точкой, то применяется включение ваттметра с искусственной нулевой точ­кой (рис. 5.2), которая создается включением двух дополнительных резисто­ров с активным сопротивлением R₂ и R3 — при этом необходимо, чтобы вы­полнялось условие R₂ = R₃ = Ry-(R_H) ~ сопротивление параллельной об­мотки ваттметра).

Метод двух приборов. Этот метод применяется в асимметричных трех-проводных цепях переменного тока. На основе выражений (5.3а)-(5.3в) мож­но создать три варианта включения двух приборов (рис. 5.3). Анализ работы схем двух ваттметров показывает, что в зависимости от характера нагрузки фаз знак показаний ваттметров может меняться. Поэтому активная мощность трехфазной системы должна определяться как алгебраическая сумма показа­ний обоих ваттметров.

Метод трех приборов. В том случае, когда несимметричная нагрузка включается звездой с нулевым проводом (трехфазная, четырехпроводная) для измерения мощности применяются три ваттметра, включенные по схеме рис. 5.4. Полная мощность трехфазной системы определяется как арифмети­ческая сумма показаний ваттметров.

Рис. 5.3. Схема включения двух приборов

Метод одного, двух и трех ваттметров применяются в основном в ла­бораторной практике. В эксплуатационных условиях применяются двух-, трехэлементные ваттметры, которые представляют собой сочетание в одном приборе двух (двухэлементные) или трех (трехэлементные) однофазных из­мерительных механизмов, имеющих общую подвижную часть, на которую действует суммарный вращающий момент всех элементов. Поэтому показа­ния двух или трехэлементного ваттметра будут равны мощности, потребляе­мой всей нагрузкой.

Рис. 5.4. Схема измерения активной мощности и тремя ваттметрами Измерение реактивной мощности в трехфазных цепях

Измерение реактивной мощности имеет большое народнохозяйствен­ное значение. Несмотря на то, что реактивная мощность не определяет созда­ваемой работы, она необходима для нормальной работы электрических ма­шин. Наличие реактивной мощности в цепи приводит к дополнительным по­терям электрической энергии в линиях, трансформаторах и генераторах.

Под реактивной мощностью понимается выражение:

Q = U_BCI_Asin . (5.4)

Реактивная мощность может быть измерена реактивным ваттметром, ко­торый имеет усложненную параллельную обмотку, позволяющую получить угол сдвига по фазе у = 90° между векторами тока и напряжения или при помо­щи обычных ваттметров, включенных по специальным схемам (рис. 5.5).

При полной симметрии трехфазной сети реактивную мощность можно измерять одним ваттметром, включенным по схеме (рис. 5.5, а). Показания ваттметра

Q = U_BCI _Acos(U_BCI_A) = U cos(90° - ) = U sin , (5.5)

где — угол между векторами U_л и I_Л.

Для определения реактивной мощности всей системы показания ватт­метра необходимо умножить на

Схема с одним ваттметром дает значительные погрешности даже при незначительной асимметрии сети. Поэтому она применяется редко. Наи­большее распространение получила схема с двумя ваттметрами (рис. 5.5, б). Сумма показаний ваттметров:

Q_l+Q₂=2U Isin . (5.6)

Для получения мощности трехфазной системы сумму показаний ватт­метров необходимо умножить на .

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка состоит из стенда, на котором расположены: трехфазный двухэлементный ваттметр, активная нагрузка, которую можно ре­гулировать в каждой фазе путем переключения соответствующих тумблеров, реактивная нагрузка, подключение которой осуществляется путем переключе­ния тумблеров в правое положение, клеммы источника питания и нагрузки.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему для измерения активной мощности в трехфазной сети
при симметричной нагрузке одним ваттметром согласно рис. 5.1 (при этом
используется одна токовая и одна обмотка напряжения двухэлементного
ваттметра).

Для создания симметричной активной нагрузки тумблеры активной на­грузки Р включить в левое положение. После проверки схемы преподавате­лем подать на установку напряжение. Записать данные в табл. 5.1.

2. Собрать схему для измерения активной мощности при несимметричной нагрузке с помощью двух приборов (рис. 5.3). Для создания несимметрии необходимо два или три тумблера активной мощности переключить в правое положение. Подать напряжение на схему и записать полученные данные в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Результаты измерений

Схема соединения ваттметров	Характер нагрузки	Мощность в одной фазе, Вт (вар)	Мощность трехфаз­ной системы, Вт (вар)

3. Собрать схему для измерения реактивной мощности трехфазной сети с помощью одного прибора (рис. 5.5, а). После проверки схемы подать на­пряжение, полученные данные занести в табл. 5.1.

Рис. 5.5. Схемы включения одного (а) и двух (б) ваттметров для измерения реактивной

мощности

4. Собрать схему для измерения реактивной мощности трехфазной сети с помощью двух приборов (рис. 5.5, б). После проверки схемы подать на нее напряжение. Полученные данные занести в табл. 5.1

Содержание отчета

1. Наименование и цель работы.

2. Схемы для измерения активной и реактивной мощности 3. Расчетные формулы.

4. Таблица.

Контрольные вопросы

1. Как можно измерять активную мощность в трехфазной трех-проводнои сети при симметричной нагрузке?

2. Как можно измерять активную мощность в трехфазной четы-рехпроводнои сети при симметричной нагрузке?

3. Как можно измерять активную мощность в трехпроводной сети при
несимметричной нагрузке?

4. Как можно измерять активную мощность в трехфазной четы-рехпроводнои сети при несимметричной нагрузке?

5. Как можно измерять реактивную мощность в трехпроводной сети при симметричной нагрузке?

6. Как можно измерять реактивную мощность в трехфазной трехппо-воднои сети при несимметричной нагрузке?

7. В чем принципиальное отличие прибора для измерения активной мощности от прибора для измерения реактивной мощности?

8. В чем состоит сущность метода измерения активной мощности трехфазной цепи с искусственной нулевой точкой? Когда он применяется?

9. Напишите формулы, по которым можно вычислить активную мощ­ность трехфазной сети при несимметричной нагрузке

10. Напишите формулы, по которым можно вычислить активную мощность трехфазной сети при симметричной нагрузке.
11. напишите формулы для определения реактивной мощности трехфазной сети при симметричной нагрузке.

Библиографический список

1.Кравцов, А. В. Метрология и электрические измерения: учеб. для ву­зов / А. В. Кравцов - М.: Колосс, 1999. - 216 с.

2.Демидова-Панферова, Р. М. Задачи и примеры расчетов по электроизме­рительной технике: учеб. пособие для вузов / Р. М. Демидова-Панферова, В. Н. Малиновский, Ю. С. Солодов. -М.: Энергоатомиздат, 1990. - 192 с.

3.Основы метрологии и электрические измерения / ред. Е. М. Душин. -Л.: Энергоатомиздат, 1987. - С. 101-113.

4. Котур, В. И. Электрические измерения и электрические приборы: учеб. для техн. / В. И. Котур, М. А. Скомская, Н. Н. Храмова. - М.: Энерго­атомиздат, 1986. — 400 с.

5. Электрические измерения / ред. А. В. Фремке, Е. М. Душин. - Л.: Энергия, 1980. - С. 79-101.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Общие сведения 3
Лабораторная работа № 3. Шунты и делители напряжения 4
Лабораторная работа № 4. Исследование измерительных трансформаторов тока и напряжения 11
Лабораторная работа № 5. Измерение мощности в трехфазных цепях
переменного тока 17

Дата добавления: 2015-08-29