8. Лабораторная работа n8 измерение коэффициента мощности cos при смешанной нагрузке
8.1. Цель работы.
8.1.1. Научиться измерять cos фазометром и определять его значение расчетным путем.
8.2. Основные теоретические положения.
Измерение угла сдвига фаз между электрическими сигналами (токами, напряжениями) производится в самых различных областях измерительной техники, техники связи, телевидении и т.д. При этом измерение сдвига фаз в основном производится между током и напряжением либо между двумя напряжениями одинаковой частоты.
Измерительные приборы, предназначенные для измерения разности фаз, называются фазометрами.
Измерение угла сдвига фаз между током и напряжением производится логометрическим методом, методом 3-х приборов или осциллографическим методом. Измерение разности фаз между двумя напряжениями осуществляется электронными аналоговыми и цифровыми фазометрами, а также компенсационным и осциллографическими методами.
Значение cosв цепи переменного тока может быть определено косвенным методом по показаниям амперметра, вольтметра и ваттметра по формуле:
Р
COS = -----.
U I
Такой косвенный метод, требующий вычислений неудобен для непрерывного наблюдения за режимом работы сети.
В этих случаях применяются показывающие приборы - фазометры.
В состав однофазного фазометра входит неподвижная катушка, обтекаемая током нагрузки I, и подвижная часть, состоящая из двух катушек, укрепленных на общей оси под углом относительно друг друга (Рис. 8.1.).
Рис. 8.1.
Ток I создает внутри неподвижной катушки достаточно равномерное магнитное поле. Магнитный поток пропорционален току I и совпадает с ним по фазе. Ток I отстает по фазе от напряжения U на угол .
Катушки подвижной части имеют большое число витков тонкой проволоки. Токи к ним подводятся через спиральные пружинки. Катушка 1 соединена с резистором R с большим сопротивлением, поэтому ток I1 совпадает по фазе с напряжением сети. Катушка 2 соединена последовательно с дросселем L, ток отстает в ней по фазе от напряжения сети на угол .
Взаимодействие подвижных и неподвижных катушек создает вращающий момент, действующий на катушку I:
М = I1*I*cos*1 (),
где - угол отклонения подвижной части от некоторого ее положения, принимаемое за исходное. На катушку 2 будет действовать момент:
М2 = I2*I1*cos( - )1().
Моменты М1 и М2 направлены в противоположные стороны. Подвижная часть прибора должна занять такое положение, при котором М2 = М1, т.е.
I1*I*cos*1() = I2*I*cos*2().
Отсюда:
I1*cos*1() = I2*cos( - )*2().
Для токов I1 и I2 можно записать:
I1 = U/R1; I2 = U/Z2,
Тогда
U U
--- cos*1( ) = --- cos( - )*2().
R1 Z2
Т.е., видно, что положение подвижной части фазометра, определяемое углом, является только функцией угла и не зависит ни от тока нагрузки, ни от напряжения сети, т.е. = F().
Подбором размеров катушек, угла, под которым скреплены катушки, и угла сдвига в цепи катушки 2 можно получить зависимость = , т.е. шкала фазометра в градусах будет соответствовать углу сдвига .
8.3. Проведение опыта.
8.3.1. Определение cos при смешанной нагрузке.
Соберите схему рис. 8.2.
Рис. 8.2.
8.3.2. Установите величину напряжения в пределах 180В -240В, чтобы величину тока не превышала 100мА, снимите показания приборов.
8.3.3. Результаты измерений занести в табл. 8.1.
Таблица 8.1.
N
|
U,B |
I,A |
P,Вт |
,град |
cos’X |
cos’’ |
|
0,% |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8.3.4. По окончании работы верните все аппараты в исходное положение и отключите стенд.
8.4. Обработка результатов опыта.
8.4.1. Рассчитать значение cos при смешанной нагрузке;
8.4.2. Определить абсолютную погрешность измерения cos;
cos’ = P/UI , cos’’ - снимается по фазометру;
= cos’ – cos’’
0 = ------ 100%
cos’’
8.4.3. Определить относительную погрешность 0 измерения cos.
8.5. Вопросы для самопроверки.
8.5.1. Запишите уравнение шкалы фазометра;
8.5.2. Каким образом можно произвести расчет cos по значениям Р, U, I?