Электрические измерения (стр. 4 )

При измерении по схеме, показанной на рис. 5.2, б, создается искусственная нулевая точка. Сопротивление резистора R подбирается равным сопротивлению параллельной цепи каждого ваттметра. Для получения реактивной мощности всей цепи в этом случае необходимо алгебраическую сумму показаний ваттметров умножить на :

(5.4)

Отечественной промышленностью выпускаются двухэлементные варметры, в которых элементы включаются по схеме рис. 5.2, б и при градуировке учтена величина .

а)

 

б)

Рис. 5.2. Использование двух однофазных ваттметров для измерения

реактивной мощности в трехфазной трехпроводной цепи:

а – при равномерной нагрузке; б – при любой нагрузке.

1.3. Метод трех ваттметров

Метод трех ваттметров применяется в трехфазных трех - или четырехпроводных цепях как при равномерной, так и неравномерной нагрузке фаз. На рис. 5.3 показано включение трех ваттметров для измерения реактивной мощности в трехфазной четырехпроводной цепи.

Для получения реактивной мощности трехфазной цепи необходимо алгебраическую сумму показаний ваттметров поделить на :

(5.5)

 

Рис. 5.3. Использование трех однофазных ваттметров для измерения

реактивной мощности в трехфазной четырехпроводной цепи.

Вместо трех ваттметров можно использовать один трехфазный трехэлементный варметр, элементы которого включаются по схеме рис.5.3. Математическая операция деления на в нем учтена при градуировке.

2. Программа работы

1. Ознакомиться с аппаратурой и приборами, необходимыми для выполнения работы и записать их основные технические данные.

2. Собрать схему (рис. 5.4) и предъявить ее для проверки преподавателю.

3. Включить схему в сеть переменного тока напряжением 220/127 В. Измерить ток, напряжение, мощность ваттметрами PW1 и PW2 и коэффициент мощности при следующих нагрузках:

• асинхронный двигатель + 2 лампочки по 60 Вт в каждой фазе;

• асинхронный двигатель + 2 лампочки по 60 Вт и 1 лампочка 100 Вт в каждой фазе;

• асинхронный двигатель + 2 лампочки по 60 Вт и 2 лампочки по 100 Вт в каждой фазе;

• 2 лампочки по 60 Вт и 2 лампочки по 100 Вт в каждой фазе.

 

Рис.5.4. Схема измерения реактивной мощности трехфазной

трехпроводной цепи по методу двух ваттметров.

4. Для каждой нагрузки определить расчетную реактивную мощность трехфазной цепи Qрасч., реактивную мощность трехфазной цепи Q по показаниям ваттметров PW1 и PW2 и погрешность измерения реактивной мощности dQ.

5. Результаты измерений и расчетов записать в табл. 5.1

Таблица 5.1

№ п. п.	Опытные данные	Расчетные данные
Iф	Uф	PW1	PW2	соsj	Qрасч.	Q	δq
А	В	Вт	Вт	--	вар	вар	%
1.
2.
3.
4.

3. Содержание отчета

1. Технические данные оборудования и измерительных приборов, используемых в работе.

2. Схема произведенных измерений.

3. Расчет мощностей и погрешностей измерений.

4. Таблица с опытными и расчетными данными.

5. Ответы на контрольные вопросы.

6. Выводы по работе.

4. Контрольные вопросы для подготовки к работе

1.  Какие методы применяется для измерения реактивной мощности в трехфазной цепи при равномерной нагрузке?

2.  Какие методы применяется для измерения реактивной мощности в трехфазной цепи при неравномерной нагрузке?

3.  В чем заключается особенность измерительных схем для измерения реактивной мощности?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

ИЗМЕРЕНИЕ АКТИВНОЙ ЭНЕРГИИ В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Цель работы: научиться измерять активную электрическую энергию в однофазных и трехфазных цепях переменного тока.

1. Краткие сведения из теории

Учет электроэнергии осуществляется при помощи счетчиков ватт-часов, которые являются интегрирующими приборами, измеряющими электрическую энергию в ватт-часах или кратных им единицах.

Счетчики, указывающие активную электроэнергию, называются счетчиками активной энергии. В настоящее время для измерения актив­ной электроэнергии применяются индукционные или статические (элек­тронные) счетчики.

Индукционным называется счетчик, в котором магнитное поле не­подвижных токопроводящих катушек влияет на подвижный элемент из проводящего материала, обычно это диск, по которому текут токи, инду­цированные магнитным полем катушек.

Статическим называется счетчик, в котором ток и напряжение воз­действуют на твердотельные (электронные) элементы для создания на выходе импульсов, число которых пропорционально измеряемой актив­ной энергии.

Технические требования к индукционным счетчикам регламентиро­ваны ГОСТ 6570–75, а к статическим счетчикам – ГОСТ 30206–94 (классы точности 0,2S и 0,5S) и ГОСТ 30207–94 (классы точности 1 и 2).

Обозначение индукционных счетчиков активной энергии:

СО – однофазные непосредственного включения или трансформа­торные активной энергии;

СОУ – однофазные трансформаторные со вторичным или смешан­ным счетным механизмом активной энергии;

СА3 – трехфазные непосредственного включения или трансформа­торные трехпроводные активной энергии;

СА4 – то же, четырехпроводные;

СА4У – трехфазные трансформаторные со вторичным или смешан­ным счетным механизмом трех - и четырехпроводные активной энергии.

В обозначениях счетчиков буквы и цифры обозначают:

С – счетчик; О – однофазный; А – активной энергии; У – со вторич­ным или смешанным счетным механизмом; 3 или 4 – для трех - или четы­рехпроводной сети.

1.1. Измерение активной энергии в однофазных цепях

Измерение электрической энергии в однофазных цепях переменного тока производится с помощью однофазных счетчиков. В лабораторной работе используется однофазный индукционный счетчик типа СО.

Счетчики относятся к интегрирующим приборами, т. к. они дают показания с непрерывно нарастающим итогом. Угол поворота подвижной части в счетчиках не ограничен и она вращается с частотой вращения, пропорциональной мощности цепи. При этом количество оборотов подвижной части за некоторый промежуток времени пропорционально измеряемой энергии. Для регистрации измеряемой энергии каждый счетчик имеет счетный механизм, представляющий, по существу, счетчик оборотов подвижной части. Активная энергия, измеренная счетчиком за время t, равна

(6.1)

Следовательно, число оборотов диска счетчика N за время t пропорционально измеряемой энергии. Коэффициент пропорциональности

С=W/N (6.2)

называется действительной постоянной счетчика, которая определяет энергию, учитываемую счетчиком в цепи за время одного оборота диска. Так как эта величина переменная, то для определения энергии, регистрируемой счетчиком, используется номинальная постоянная счетчика Сном, которая подсчитывается по передаточному числу, указанному на щитке каждого счетчика. Передаточное число – это число оборотов диска, приходящиеся на единицу учитываемой счетчиком энергии.

Например: 1 кВт«ч = 2000 оборотов диска. Величина, обратная передаточному числу счетчика, называется номинальной постоянной счетчика. Для счетчика с указанным выше передаточным числом она равна:

Зная Сном и число оборотов диска счетчика за время t, энергию, регистрируемую счетчиком, определяют по формуле

(6.3)

На практике энергия, измеряемая счетчиком за определенный промежуток времени, находится как разность показаний счетчика в конце и начале этого промежутка.

Точность измерения энергии оценивается относительной погрешностью измерения

(6.4)

где Wсч – энергия, зарегистрированная счетчиком за определенный промежуток времени; W – действительная энергия, израсходованная за то же время в цепи, определяемая по образцовому счетчику или ваттметру и секундомеру.

На рис. 6.1 показана схема подключения однофазного счетчика.

 

Рис. 6.1. Схема включения однофазного счетчика.

1.2. Измерение активной энергии в трехфазных цепях

Трехфазные индукционные счетчики активной энергии имеют в одном корпусе два или три измерительных механизма (вращающих элемента), подобных измерительному механизму однофазного счетчика.

Двухэлементные счетчики используются для учета активной энергии в трехфазных трехпроводных цепях переменного тока. Трехэлементными счетчиками учитывается активная энергия в трехфазных четырехпроводных цепях переменного тока.

Как в двухэлементных, так и в трехэлементных счетчиках диски вращающих элементов укрепляются на одной оси. Это позволяет получить общий вращающий момент подвижной части счетчика, равный алгебраической сумме вращающих моментов отдельных элементов. Таким образом, независимо от количества применяемых вращающих элементов в счетчиках устанавливается один счетный механизм.

Включение вращающих элементов счетчиков для учета активной энергии производится по схемам включения ваттметров для измерения активной мощности.

Генераторные зажимы токовых обмоток счетчиков обозначаются буквой Г, а зажимы, к которым подключается нагрузка, – буквой Н. Зажимы обмоток напряжения счетчиков, предназначенных для включения в трехфазные трех - или четырехпроводные цепи, обозначаются цифрами 1, 2, 3 и 0.

Промышленностью выпускаются счетчики трех разновидностей: счетчики непосредственного включения, трансформаторные счетчики и счетчики трансформаторные универсальные.

Трансформаторные счетчики предназначены для включения через измерительные трансформаторы, имеющие определенные, изначально заданные коэффициенты трансформации. Трансформаторные универсальные счетчики предназначены для включения через измерительные трансформаторы, имеющие любые коэффициенты трансформации.

В трехфазных трехпроводных цепях для измерения активной энергии используются двухэлементные счетчики активной энергии типа САЗ или САЗУ.

В трехфазных четырехпроводных цепях для измерения активной энергии используются трехэлементные счетчики активной энергии типа СА4 или СА4У.

Включение вращающих элементов счетчиков для учета активной энергии производится по схемам включения, представленным на рис. 6.2 и 6.3.

Рис. 6.2. Схема включения двухэлементного

трехфазного счетчика типа САЗ.

В случае измерения активной энергии в трехфазной четырехпроводной цепи с применением измерительных трансформаторов тока и измерительных трансформаторов напряжения показания счетчика необходимо умножить на номинальный коэффициент трансформации КIном применяемого измерительного трансформатора тока и номинальный коэффициент трансформации КUном применяемого трансформатора напряжения:

W = Wсч КIном КUном (6.5)

При этом генераторные зажимы токовых обмоток счетчика Г должны быть подключены к зажимам И1 измерительных трансформаторов тока, а зажимы обмоток напряжения счетчика 1, 2 и 3 – к зажимам «а» измерительных трансформаторов напряжения.

 

Рис. 6.3. Схема включения трехэлементного

трехфазного счетчика типа СА4

2. Программа работы

1. Ознакомиться с аппаратурой и приборами, необходимыми для выполнения работы и записать их основные технические данные.

2. Собрать схему (рис. 6.4) и предъявить ее для проверки преподавателю.

3. При отсутствии тока в последовательной обмотке счетчика (ключ SА разомкнут) и номинальном напряжении на его параллельной обмотке убедиться в отсутствии вращения диска, т. е. в отсутствии у счетчика самохода.

4. Вычислить номинальную постоянную счетчика Сном..

5. Измерить активную энергию, израсходованную в однофазной цепи за время t = 300 сек., для чего:

• включить схему в сеть переменного тока напряжением U = 220 В;

• изменяя сопротивление нагрузки Rнагр .по амперметру установить ток равный 50 % от номинального тока счетчика;

• измерить число оборотов диска N за время t = 300 сек., ток в цепи I, напряжение U, активную мощность Р;

• вычислить энергию W за время t = 300 сек., используя показание ваттметра, и энергию Wсч регистрируемую счетчиком за это же время, используя Сном и N.

 

Рис.6.4. Схема измерения активной энергии в однофазной цепи.

6. Приняв за действительное значение энергии величину, подсчитанную по показанию ваттметра за время t = 300 сек., а за измеренное значение – энергию, регистрируемую за то же время счетчиком, вычислить относительную погрешность измерения энергии dw.

7. Результаты измерений и расчетов записать в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Нагрузка в % от номинальной	Опытные данные	Расчетные данные
t	N	I	U	P	Cном	W	Wсч	dw
c	oбор.	А	В	Вm	Вm«с обор	Вm«с	Вm«с	%
50 % Iном

8. Собрать схему (рис. 6.5) и предъявить ее для проверки преподавателю.

9. Определить номинальную постоянную трехфазного счетчика Cном

10. Измерить активную энергию, израсходованную в трехфазной цепи за время t = 600 сек., для чего:

• включить схему в сеть переменного тока напряжением 220/127 В.;

• замкнуть ключ SA и изменяя сопротивление нагрузки RA, RB, RС по амперметрам РА1, РА2, РА3 установить неравномерную нагрузку;

• измерить за время t = 600 сек число оборотов диска трехфазного счетчика активной энергии N, токи IА, I В, IС и напряжения UА, UВ, UC;

• вычислить: активную мощность трехфазной цепи Р (используя показания ваттметров PW1 и PW2); активную энергию за время t = 600 сек, регистрируемую счетчиком САЗ (Wсч) и по показаниям двух ватметров (W).

11. Приняв за действительные значения активной энергии величину, подсчитанную по показаниям двух ваттметров за время t = 600 сек, а за измеренные значения – энергию, регистрируемую трехфазным счетчиком активной энергии за время t = 600 сек, вычислить погрешность измерения активной энергии (dW).

 

Рис.6.5. Схема измерения активной энергии в трехфазной цепи.

12. Результаты измерений и расчетов записать в табл. 6.2.

Таблица 6.2

Опытные данные
t	N	IА	IВ	IС	UА	UВ	UС	PW1	PW2
сек.	обор.	А	А	А	В	В	В	Вт	Вт
Расчетные данные
Р	C ном	W	Wсч	dW
Вт	Вт·с/об	Вт·с	Вт·с	%

3. Содержание отчета

1. Технические данные оборудования и измерительных приборов, используемых в работе.

2. Схемы произведенных измерений.

3. Расчет номинальных постоянных счетчиков, энергии и погрешностей измерений.

4. Таблицы с опытными и расчетными данными.

5. Ответы на контрольные вопросы.

6. Выводы по работе.

4. Контрольные вопросы для подготовки к работе

1. Как определить номинальную постоянную счетчика?

2. В каких случаях применяются двухэлементные и трехэлементные счетчики активной энергии?

3. Какие виды трехфазных счетчиков активной энергии выпускаются?

4. Как измерить энергию при подключении счетчиков через измерительные трансформаторы тока и напряжения?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

ИЗМЕРЕНИЕ РЕАКТИВНОЙ ЭНЕРГИИ.

Цель работы: научиться измерять реактивную электрическую энергию в трехфазных цепях переменного тока.

1. Краткие сведения из теории

В соответствии с «Правилами учета электрической энергии» основной целью учета электроэнергии является получение достоверной информации о производстве, передаче, распределении и потреблении электрической энергии на оптовом и розничном рынке электроэнергии. Учет активной и реактивной энергии при этом производится различными приборами учета.

Учет реактивной электроэнергии должен обеспечивать возможность определения количества реактивной электроэнергии, полученной потребителем от электроснабжающей организации или переданной ей, если по этим данным производятся расчеты или контроль соблюдения заданного режима работы компенсирующих устройств.

Учет электроэнергии осуществляется при помощи счетчиков ватт-часов, которые являются интегрирующими приборами, измеряющими электрическую энергию в ватт-часах или кратных им единицах.

Счетчики, учитывающие интегрированную реактивную мощность (далее реактивная электроэнергия) за учетный период, называются счетчиками реактивной энергии. В настоящее время для измерения реактивной электроэнергии применяются индукционные счетчики.

Индукционным называется счетчик, в котором магнитное поле неподвижных токопроводящих катушек влияет на подвижный элемент из проводящего материала, обычно это диск, по которому текут токи, индуцированные магнитным полем катушек.

Технические требования к индукционным счетчикам регламентированы ГОСТ 6570 – 75.

Обозначение индукционных счетчиков реактивной энергии:

СР4 – трехфазные непосредственного включения или трансформаторные трех - и четырехпроводные реактивной энергии;

СР4У – трехфазные трансформаторные со вторичным или смешанным счетным механизмом трех - и четырехпроводные реактивной энергии.

В обозначениях счетчиков буквы и цифры обозначают:

С – счетчик; Р – реактивной энергии; У – со вторичным или смешанным счетным механизмом; 4 – для трех - или четырехпроводной сети.

Трехфазные индукционные счетчики реактивной энергии имеют в одном корпусе три измерительных механизма (вращающих элемента), подобных измерительному механизму однофазного счетчика.

Генераторные зажимы токовых обмоток счетчиков обозначаются буквой Г, а зажимы, к которым подключается нагрузка, – буквой Н. Зажимы обмоток напряжения счетчиков, предназначенных для включения в трехфазные трех - или четырехпроводные цепи, обозначаются цифрами 1, 2, 3 и 0.

Промышленностью выпускаются счетчики трех разновидностей: счетчики непосредственного включения, трансформаторные счетчики и счетчики трансформаторные универсальные.

Трансформаторные счетчики предназначены для включения через измерительные трансформаторы, имеющие определенные, ранее заданные коэффициенты трансформации.

Трансформаторные универсальные счетчики предназначены для включения через измерительные трансформаторы, имеющие любые коэффициенты трансформации.

Трехфазные трехэлементные счетчики для учета реактивной энергии типов СР4 и СР4У применяются в трехфазных трехпроводных и трехфазных четырехпроводных цепях переменного тока.

Включение вращающих элементов счетчика производится по правилам включения на замененные напряжения обычных ваттметров в случае применения их для измерения реактивной мощности в трехфазных цепях. Схемы с замененными напряжениями дают правильные результаты при любых токах, как симметричных, так и ассиметричных, однако симметрия напряжений, как в первом, так и во втором случае должна быть обязательной.

На рис. 7.1 приведена схема расположения зажимов и присоединения к ним обмоток счетчика типа СР4 непосредственного включения при измерении им реактивной энергии в трехфазной трехпроводной цепи.

В случае измерения реактивной энергии в трехфазной четырехпроводной цепи с применением измерительных трансформаторов тока и измерительных трансформаторов напряжения показания счетчика необходимо умножить на номинальный коэффициент трансформации КIном применяемого измерительного трансформатора тока и номинальный коэффициент трансформации КUном применяемого трансформатора напряжения:

W = Wсч ∙ КIном · КUном (7.1)

При этом генераторные зажимы токовых обмоток счетчика Г должны быть подключены к зажимам И1 измерительных трансформаторов тока, а зажимы обмоток напряжения счетчика 1, 2 и 3 – к зажимам «а» измерительных трансформаторов напряжения.

Рис. 7.1. Схема включения счетчика типа СР4

в трехфазную трехпроводную цепь.

2. Программа работы

1. Ознакомиться с аппаратурой и приборами, необходимыми для выполнения работы и записать их основные технические данные.

2. Собрать схему (рис. 7.2) и предъявить ее для проверки преподавателю.

3. Определить номинальную постоянную трехфазного счетчика реактивной (Cном.) энергии.

4. Измерить реактивную энергию, израсходованную в трехфазной цепи за время t = 900 сек., для чего:

• включить схему в сеть переменного тока напряжением 220/127 В.;

• замкнуть ключ SA1 и изменяя сопротивление нагрузки RA, RB, RС по амперметрам А1, А2. А3 установить неравномерную нагрузку;

• измерить за время t = 900 сек число оборотов диска трехфазного счетчика реактивной энергии N, токи IА, I В, IС и напряжения UА, UВ, UC

• вычислить: реактивную мощность трехфазной цепи Q (используя показания ваттметров PW1 и PW2); реактивную энергию Wсч. р за время t = 900 сек, регистрируемую счетчиком СР4. и Wp по по показаниям ваттметров.

5. Приняв за действительные значения реактивной энергии величину, подсчитанную по показаниям двух ваттметров за время t = 900 сек, а за измеренные значения – энергию, регистрируемую трехфазным счетчиком реактивной энергии за время t = 900 сек, вычислить погрешность измерения реактивной энергии (δWр).

 

Рис. 7.2. Схема измерения реактивной энергии в трехфазной цепи

6. Результаты измерений и расчетов записать в табл. 7.1.

Таблица 7.1

Опытные данные
t	N	IА	IВ	IС	UА	UВ	UС	PW1	PW2
сек.	обор.	А	А	А	В	В	В	Вт	Вт

Расчетные данные
Q	C ном	Wр	Wсч. р	δWр
вар	Вт·с/об	вар·с	Вар·с	%

3. Содержание отчета

1. Технические данные оборудования и измерительных приборов, используемых в работе.

2. Схема произведенных измерений.

3. Расчет номинальной постоянной счетчика, энергии и погрешности измерения.

4. Таблица с опытными и расчетными данными.

5. Ответы на контрольные вопросы.

6. Выводы по работе.

4. Контрольные вопросы для подготовки к работе

1. Каков принцип действия индукционного счетчика реактивной энергии?

2. Как обозначаются зажимы счетчиков реактивной энергии?

3. В чем особенность включения обмоток счетчика реактивной энергии по сравнению с обмотками счетчика активной энергии?

4. Как соблюсти полярность при подключении счетчика реактивной энергии через измерительные трансформаторы тока и напряжения?

Список литературы

1. Электрические измерения (с лабораторными работами): Учебник для техникумов / -Панферова, , и др.; Под ред. . – М.: Энергоиздат, 1982. – 392 с.

2. Электрические измерения и электроизмерительные приборы / Под ред. . – М.: Энергоиздат, 1086. – 412 с.

3. , , и др. / Под. Ред. Сигова : Учебник. – М.: «Форум» «Инфра-М», 2004. – 384 с.

4. Основы метрологии и электрические измерения / Под ред. . – М.: Энергоиздат, 1987. – 642 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие ..…………………………………………………………………………… Техника безопасности при выполнении лабораторных работ ……………………… Лабораторная работа № 1 Расширение пределов измерения измерительных механизмов магнитоэлектрической системы………………................................................................. Лабораторная работа № 2 Расширение пределов измерения приборов переменного тока с помощью измерительных трансформаторов……..………………………………………………… Лабораторная работа № 3 Измерение сопротивлений различными методами………………………….………….. Лабораторная работа № 4 Измерение активной мощности в цепях переменного тока …………………………... Лабораторная работа № 5 Измерение реактивной мощности ……………………………………….……………… Лабораторная работа № 6 Измерение активной энергии в цепях переменного тока ……………………………...... Лабораторная работа № 7 Измерение реактивной энергии ………………………………………………………….... Список литературы ……………………………………….…………………………….

3 5 6 11 17 25 32 38 46 51

Для заметок

Для заметок

Для заметок