Измерение электрической мощности реферат

Обновлено: 05.07.2024

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Измерение мощности и энергии.

Цель работы

На практике изучить измерительные приборы, научится определять мощность электрической цепи и потребляемую энергию.

Теоретическое основание

Работа произведенная в единицу времени, называется мощностью (Р).

- работа электрических сил поля.

100 Вт = 1 гектоватт [гВт]

1000 Вт = 1 киловатт [кВт]

1000000 Вт = 1 мегаватт [МВт]

Электрическая мощность измеряется ваттметром

Электрическая энергия измеряется счетчиком электрической энергии.

Схема включения ваттметра: Схема исследования: Оборудование

Подключить блок питания к стенду.

Собрать схему, подключить соединение проводами приборы.

Подать напряжение, измеряя нагрузку с помощью лампового реостата, при тех значениях записать показания приборов в таблицу.

Вычислить мощность цепи для тех случаев и потребляемую энергию.

Р=UI=220*0,7 = 154;W1=154*600=92400=924 гВт

P2=UI2=220*1.1 = 242;W2=242*3600=871200=8712 гВт

P3=UI3=220*1.4 = 308;W3=308*4900=1509200=15092 гВт Вывод

Ознакомились с методикой вычисления электрической мощности и энергии. Научились работать с измерительными приборами.

Ответы на контрольные вопросы

Мощность – это работа произведённая за единицу времени.

Методы измерения мощности:

а) Для цепи постоянного тока используют электродинамические вольтметры и амперметры.

б) Для цепи переменного тока используют электродинамические и ферродинамические вольтметры.

Энергия электрической цепи представляет собой перемещение заряженных частиц.

реферат клера.doc

Министерство образования Российской Федерации

Пензенский государственный университет

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Измерение мощности осуществляется в процессе эксплуатации различной измерительной, электротехнической, радиоприемной и передающей аппаратуры. Диапазон измеряемых мощностей 10 -16 —10 +9 Вт в цепях постоянного и переменного токов высокой частоты, в импульсных цепях.

Методы измерения существенно отличаются друг от друга в зависимости от параметров цепи, в которой производится измерение мощности, предела изменения мощности и частотного диапазона.

В цепях постоянного тока мощность потребления Р нагрузки R определяется произведением тока I в нагрузке на падение напряжения U на ней:

P=UI=I 2 R. (1.1)

В цепях переменного тока мгновенное значение мощности потребления

Если u(t) и i(t) — периодические функции времени с периодом Т, то среднее значение мощности потребления за период называют мощностью или активной мощностью Р. Мощность Р с мгновенным значением мощности p(t) связана выражением

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

где U, I — среднеквадратические значения напряжения и тока в цепи; — сдвиг по фазе между напряжением и током в нагрузке; R, X, Z — активное, реактивное, полное сопротивления нагрузки.

Чаще всего ограничиваются измерением активной мощности.

В цепях несинусоидального периодического тока при условии, что функции u(t) и i(t) можно разложить в ряд Фурье, формулы для определения активной и реактивной мощностей будут иметь вид

где U_o, I_o — постоянные составляющие напряжения и тока; U_k, I_k — соответственно среднеквадратические значения напряжения и тока k-й гармоники; — сдвиг по фазе k-й гармоники.

В цепях, питаемых напряжением в виде периодической последовательности однополярных прямоугольных импульсов, усреднение мощности p(t) осуществляют не только по периоду следования Т, но и по длительности импульса t_И. При этом мощность, усредненную по периоду Т следования импульсов, называют средней мощностью или мощностью , а мощность, усредненную за время длительности импульса, — импульсной мощностью: . Значения мощностей Р и Р_и

связаны между собой соотношением

Обычно среднюю мощность измеряют и, зная скважность импульсов, вычисляют импульсную мощность. При импульсах, отличных от прямоугольной формы, мощность определяют по эквивалентному прямоугольному импульсу той же амплитуды, длительность которого равна интервалу времени между точками огибающей импульса на уровне 0,5 ее амплитуды.

Мощность измеряется в абсолютных единицах — ваттах, производных ватта и относительных единицах — децибелваттах (или децибелмилливаттах) ± = 101g(P/Р_о)> где Р — абсолютное значение мощности в ваттах (или милливаттах), P_o — нулевой (отсчетный) уровень мощности, равный 1 Вт (или 1 мВт), связанный с абсолютными нулевыми уровнями напряжения U_o и тока I₀ через стандартное сопротивление R_o соотношением

2 ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ В ЦЕПЯХ ПОСТОЯНОГО ТОКА И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ

Мощность в цепях постоянного тока можно определить косвенным путем по показаниям вольтметра и амперметра (рис. 1.1, а, б). При таком измерении мощности возникает значительная погрешность измерения, так как погрешности приборов суммируются и, кроме того, возникает погрешность за счет собственной мощности потребления этими приборами.

Мощность потребления нагрузки

Мощность Р_х, вычисленная по показаниям приборов (рис. 1.1, а),

P_x = U_VJ_A = (I_A + I)1=UI_V + UI = P_V + P (1.8а)

больше действительного значения мощности потребления нагрузки на значение мощности P_v потребления вольтметра (l_v — ток в цепи вольтметра). Погрешность определения мощности в нагрузке тем меньше, чем больше входное сопротивление вольтметра.

Мощность Р_х, вычисленная по показаниям приборов (рис. 1.1,б),

P_x = U_VJ_A = (U_A + U)1=U_AI + UI = P_A + P (1.8б)

больше действительного значения мощности потребления нагрузки на значение мощности Р_а потребления амперметра (U_a — падение напряжения на амперметре). Погрешность определения мощности в нагрузке тем меньше, чем меньше входное сопротивление амперметра. Поэтому схему, изображенную на рис. 1.1, а, применяют для измерения мощности при малых сопротивлениях нагрузки, а схему, изображенную на рис. 1.1,6 — при больших сопротивлениях.

Если известны входные сопротивления приборов, то можно внести к их показаниям соответствующие поправки и уменьшить погрешность определения мощности, т. е. получить более точный результат измерения.

Для измерения мощности в цепях постоянного и переменного токов применяют электродинамические ваттметры.

2.1 Измерение мощности в цепи однофазного синусоидального тока. Для измерения мощности неподвижную катушку ваттметра включают последовательно с нагрузкой, мощность которой необходимо измерить, а подвижную катушку—параллельно к нагрузке (рис. 1.2,а).

В соответствии со схемой включения ток в цепи неподвижной катушки равен току нагрузки I₁=I, а в цепи подвижной катушки (приближенно считая ее сопротивление активным R_wv): I₂=I_v = U/R_wv. Тогда угол сдвига фаз между I₁ и I₂ равен углу сдвига фаз между U и I, т. е. (рис. 1.2,б). Следовательно, угол от-: клонения подвижной части ваттметра.

находится в линейной зависимости от значения измеряемой мощности Р.

Для равномерности шкалы ваттметра необходимо, чтобы =const, тогда уравнение (1.9а) примет следующий вид:

Это выражение справедливо для ваттметров переменного и постоянного токов (cos = 1).

В реальных условиях подвижная катушка ваттметра обладает небольшой индуктивностью: Lw = 3 ¸ 10 мГн.

Полное сопротивление обмотки катушки

где R_доб — добавочное сопротивление, поэтому ток в цепи катушки I₂ отстает от напряжения U на некоторый угол . Векторная диаграмма электродинамического ваттметра будет иметь вид, изображенный на рис. 1.2, в. Из диаграммы следует, что . Следовательно, угол отклонения подвижной части

Из данного выражения следует, что при одном и том же значении измеряемой мощности,- но при различных значениях показания прибора различны. Значения z и являются функциями частоты, однако при частоте до 100 Гц погрешность, обусловленная этой зависимостью, незначительна, так как и ею можно пренебречь. При этом следует учитывать только погрешность, определяемую углом б, называемую угловой погрешностью измерения мощности и вычисляемую следующим образом:

где Р_х — измеренное значение мощности; Р — действительное значение мощности.

Ввиду малости угла приближенно можно считать, что , тогда после преобразования

Из (1.12) следует, что угловая погрешность измерения мощности возрастает с увеличением угла .

Для уменьшения угловой погрешности в цепь подвижной катушки включают компенсационную емкость С_к (см. рис, 1.2, а). Сопротивление параллельной цепи ваттметра:

При полной компенсации сопротивление Z должно быть активным, следовательно,

Вследствие малой индуктивности L_wv подвижной катушки ваттметра условие (1.14) выполняется при таких R_k и С_к, что , поэтому

Из (1.15) следует, что компенсация осуществляется в довольно широком диапазоне частот, пока справедливо неравенство

В ваттметре при изменении направления тока в одной из катушек изменяется знак угла отклонения подвижной части, поэтому зажимы обмоток прибора, закорачивание которых приводит к правильному отклонению стрелки, называют генераторными и обозначают звездочками. Обычно в цепь подвижной катушки ваттметра вводят переключатель направления тока, позволяющий менять направление вращающего момента и получать отклонение стрелки в правильную сторону.

Включение неподвижной катушки ваттметра последовательно с нагрузкой (см. рис. 1.2, а) возможно только при токах нагрузки 10—20 А (при больших токах нагрузки неподвижную катушку ваттметра включают через трансформатор тока). При измерении мощности в цепях высокого напряжения (свыше 600 В) подвижную катушку ваттметра включают не непосредственно в измеряемую цепь, а через трансформатор напряжения, а неподвижную катушку ваттметра — через измерительный трансформатор тока <(независимо от значения тока нагрузки).

Включение ваттметра через измерительные трансформаторы тока ТрТ и напряжения ТрН показано на рис. 1.3.

Значение измеряемой мощности определяют по показанию ваттметра, умноженному на произведение коэффициентов трансформации трансформаторов тока и напряжения:

Рис.16.1. Однофазный ваттметр: а —внешний вид; б —схема включения в электрическую цепь переменного тока.

сопротивлением г_д — параллельно нагрузке и называется катушкой напряжения. Начало катушек отмечено звездочкой *I и *U, конец токовой катушки 5 А, а конец обмотки напряжения —150V. Так как направление отклонения указательной стрелки ваттметра зависит от взаимного направления токов в катушках, то выводы *I и *U подключаются к источнику тока, а выводы 5 А и 150V—к нагрузке. Ввиду того что выводы *I и *U подключаются к одному и тому же проводу, их можно соединить между собой проводником, что и делается на практике при измерении мощности в цепи постоянного тока и активной мощности в цепи переменного тока.

Измерение энергии.Различают следующие способы контроля расхода электроэнергии: 1. Косвенный способ. В этом случае измеряют косвенные параметры, а расход электроэнергии определяют расчетом. Так например, расход электроэнергии в цепях постоянного тока определяется по формуле:

W = U I t(16.1),

где U - напряжение на приемнике электроэнергии I - ток в приемнике t- время прохождения тока.

Т.о. для измерения расхода электроэнергии параллельно приемнику нужно включить вольтметр и измерить напряжение U, последовательно приемнику включить амперметр и измерить силу тока I . Время - t измеряется с помощью хронометра. Сняв показания с вольтметра, амперметра и хронометра расход электроэнергии определяют по формуле (16.1). В цепях переменного тока расход электроэнергии определяется по формуле (16.2)

W = U I t cosφ(16.2)

Т.о. для косвенного измерения расхода электроэнергии в данном случае, кроме вольтметра, амперметра и хронометра нужно включить фазометр для измерения коэффициента мощности cosφ.

2. Непосредственный способ. Этот способ используется в цепях переменного тока. В этом случае для измерения расхода электроэнергии используется индукционный счетчик электрической энергии. Счетчик представляет собой суммирующий прибор. Основное отличие его от стрелочного прибора состоит в том, что угол поворота его подвижной части не ограничиваемый пружиной, нарастает и показания счетчика суммируются. Каждому обороту подвижной части счетчика соответствует определенное количество израсходованной энергии. Счетчик включается в Рис. 16.2 электрическую цепь также как ваттметр (рис. 16, 1), т.е. его токовая обмотка (3) включается последовательно с нагрузкой и контролирует силу тока в нагрузке, а обмотка напряжения (2) включается параллельно нагрузке и контролирует напряжение на нагрузке. Время контролируется за счет количества оборотов диска.

Довольно часто возникает необходимость измерять мощность, потребляемую из сети, или же генерируемую в сеть. Это необходимо для учета потребляемой или генерируемой энергии, а также для обеспечения нормальной работы энергосистемы (избежание перегрузок). Измерять мощность можно несколькими способами – прямым и косвенным. При прямом измерении применяют ваттметр, а при косвенном амперметр и вольтметр.

Измерение мощности в цепи постоянного тока

Из-за отсутствия реактивной и активной составляющей в цепях постоянного тока для измерения мощности ваттметр применяют очень редко. Как правило, величину потребляемой или отдаваемой энергии измеряют косвенным методом, с помощью последовательно включенного амперметра измеряют ток I в цепи, а с помощью параллельно подключенного вольтметра измеряют напряжение U нагрузки. После чего применив простую формулу P=UI и получают значение мощности.

Чтоб уменьшить погрешность измерений из-за влияний внутренних сопротивлений устройств, приборы могут подключать по различным схемам, а именно при относительно малом сопротивлении нагрузки R применяют такую схему включения:

А при большом значении R такую схему:

Измерение мощности в однофазных цепях переменного тока

Главным отличием цепей переменного тока от сетей постоянного тока, пожалуй, заключается в том, что в переменном напряжении существует несколько мощностей – полная, активная и реактивная . Полную измеряют зачастую тем же косвенным методом с помощью амперметра и вольтметра и значение ее равно S=UI.

Замер же активной P=UIcosφ и реактивной Q=UIsinφ производится прямым методом, с помощью ваттметра. Для измерения ваттметр в цепь подключают по следующей схеме:

Где токовую обмотку необходимо подключить последовательно с нагрузкой R_н, и, соответственно, обмотку напряжения параллельно нагрузке.

Замер реактивной мощности в однофазных сетях не производится. Такие опыты зачастую ставятся только в лабораториях, где ваттметры включают по специальным схемам.

Измерение мощности в трехфазных цепях переменного тока

Как и в однофазных сетях, так же и в трехфазных полную энергию сети можно измерять косвенным методом, то есть с помощью вольтметра и амперметра по схемам показанным выше. Если нагрузка трехфазной цепи будет симметричной, то можно применить такую формулу:

U_л – напряжение линейное, I- фазный ток.

Если же фазная нагрузка не симметрична, то производят суммирование мощностей каждой из фаз:

При измерении активной энергии в четырехпроводной цепи при использовании трех ваттметров, как показано ниже:

Общей энергией потребляемой из сети будет сумма показаний ваттметров:

Не меньшее распространение получил и метод измерения двумя ваттметрами (применим только для трехпроводных цепей):

Сумму их показаний можно выразить следующим выражением:

При симметричной нагрузке применима такая же формула как и для полной энергии:

Где φ – сдвиг между током и напряжением (угол фазового сдвига).

Измерение реактивной составляющей производят по той же схеме (смотри рисунок в)) и в этом случае она будет равна разности алгебраической между показателями приборов:

Если сеть не симметрична, то для измерения реактивной составляющей применяют два или три ваттметра, которые подключают по различным схемам.

Процесс измерения активной и реактивной мощности

Счетчиками индукционными или электронными производят измерения активной мощности цепи переменного напряжения. Они подключаются по тем же схемам что и ваттметры. Учет реактивной энергии в однофазных потребителей в нашей стране не ведется. Ее учет производят в трехфазных цепях крупных промышленных предприятий, потребляющих большие объемы электроэнергии. Счетчики активной энергии имеют маркировку СА, реактивной СР. Также широкое применение получают электронные счетчики электроэнергии.

Читайте также: