Лабораторная работа 7 Исследование средств измерения мощности и расхода электрической энергии

Цель работы: Получение навыков расчета мощности при постоянном и переменном токе.

Краткие теоретические сведения

Измерение мощности осуществляется в цепях постоянного и переменного токов низкой, высокой частоты, а также в импульс­ных цепях различной измерительной, электротехнической, ра­диоприемной и передающей аппаратуры. Диапазон измеряемых мощностей лежит в пределах 10~¹⁶—10⁹ Вт.

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 нагрузки определяется произведением тока в нагрузке и падения напряже­ния на ней:

Р = UI = I²R (7.1)

В цепях переменного тока мгновенное значение мощности по­требления

p(t) = u(t)i(t) (7.2)

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.

В цепях однофазного синусоидального тока u(t) = = U sin ωt, i(t) = I sin (ωt ± ) измеряют активную P, реак­тивную Q и полную S мощности:

P = UI cos  = I²R; (7.3)

Q = UI sin  = I²X; (7.4)

S = VI = I²Z, (7.5)

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.

В цепях постоянного тока можно определить косвенным путем по показа­ниям вольтметра и амперметра. 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.

Для измерения мощности в цепи однофазного синусоидального тока, неподвижную катушку ваттметра включают последовательно с нагрузкой, мощность которой необходимо измерить, а подвижную катушку — параллельно к нагрузке (рисунок 7.1).

Рисунок 7.1 — Схема включения электродинамического ваттметра

В цепях переменного тока повышенной и высокой частот прово­дят прямые и косвенные измерения мощности. В ряде случаев кос­венные измерения предпочтительнее, так как проще измерять на­пряжение, ток и сопротивление, чем мощность. Прямые измерения в основном осуществляют с помощью электронных ваттметров.

Содержание работы

Лабораторная работа выполняется в пакете прикладных программ «Electronics Workbench» [1].

1 Загрузить ППП «Electronics Workbench».

2 Собрать схему согласно рисунку 7.2.

Рисунок 7.2 — Схема моделирования

3 Провести моделирование схемы, если Е1=(N+5),В , R1=150 Ом, R2= (50+N) , Ом, R3=100 Ом, R4=(2*N) Ом, где N – номер варианта.

4 Рассчитать мощность, потребляемую каждым резистором.

5 Собрать схему согласно рисунку 7.3.

Рисунок 7.3 — Схема моделирования

6 Провести моделирование схемы если Uвх=(N+5), В , С1=150 мкФ, С2= (10+ N) , мкФ, С3=100 мкФ, С4=10* N, мкФ , где N – номер варианта.

7 Рассчитать мощность, потребляемую каждым конденсатором.

8 Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. В каких единицах измерения измеряется мощность?

2. Каким прибором измеряется мощность?

3. Какие виды мощностей вы знаете?

4. Можно ли измерить мощность с помощью осциллографа.

Список литературы

1. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM РС. Лабораторный практикум на базе Electronics Workbench и Matlab. – М.: СОЛОН-Пресс, 2004. – 800 с.

2. Атамалян Э.Г. Методы и приборы измерения электрических величин. - М. : Высш. шк., 1989. - 298 с.

3. Информационно-измерительная техника: учеб. пособие / Г.Г. Эм, Е.Б. Потемкина; КарГТУ. – Караганда : Изд-во КарГТУ, 2006. - 121 с.

4. Метрология: учеб. пособие / И.О. Шильникова; КарГТУ. – Караганда : Изд-во КарГТУ, 2010. - 119 с.