ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ COS ПРИ СМЕШАННОЙ НАГРУЗКЕ

8.1. Цель работы.

8.1.1. Научиться измерять cos j 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 cos j в цепи переменного тока может быть определено косвенным методом по показаниям амперметра, вольтметра и ваттметра по формуле:

Р

COSj = -----.

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 j.

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 g.

Взаимодействие подвижных и неподвижных катушек создает вращающий момент, действующий на катушку I:

М = I1×I×cosj×j1(a),

где a- угол отклонения подвижной части от некоторого ее положения, принимаемое за исходное. На катушку 2 будет действовать момент:

М2 = I2×I×cosj(j - g)j1(a).

Моменты М1 и М2 направлены в противоположные стороны. Подвижная часть прибора должна занять такое положение, при котором М2 = М1, т.е.

I1×I×cosj×j1(a) = I2×I×cosj×j2(a).

Отсюда:

I1×cosj×j1(a) = I2×cos(j - g)×j2(a).

Для токов I1 и I2 можно записать:

I1 = U/R1; I2 = U/Z2,

Тогда

U U

--- cosj×j1(a) = --- cos(j - g)×j2(a).

R1 Z2

Т.е., видно, что положение подвижной части фазометра, определяемое углом, является только функцией угла j и не зависит ни от тока нагрузки, ни от напряжения сети, т.е. a = F(j).

Подбором размеров катушек, угла, под которым скреплены катушки, и угла сдвига g в цепи катушки 2 можно получить зависимость a = j, т.е. шкала фазометра в градусах будет соответствовать углу сдвига j.

8.3. Проведение опыта.

8.3.1. Определение cosj 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.

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 cosj при смешанной нагрузке;

8.4.2. Определить абсолютную погрешность D измерения cosj;

cosj’ = P/UI, cosj’’ - снимается по фазометру;

D = cosj’ – cosj’’

D

g₀ = ------ 100%

cosj’’

8.4.3. Определить относительную погрешность g₀ измерения cosj.

8.5. Вопросы для самопроверки.

8.5.1. Запишите уравнение шкалы фазометра;

8.5.2. Каким образом можно произвести расчет cosj по значениям Р, U, I?

Литература

Основная: Раннев Г.Г. Информационно-измерительная техника и электроника. М. Академия 2006г.- 511с.

Дополнительная: Фремке А.В. и др. Электрические измерения. – Л.: Энергия, 1980.- 412с.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N9

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: