Katedra Sterowania i InŜynierii Systemów Laboratorium
Transkrypt
Katedra Sterowania i InŜynierii Systemów Laboratorium
Katedra Sterowania i InŜynierii Systemów Laboratorium elektrotechniki i elektroniki Katedra Sterowania i InŜynierii Systemów 5 Laboratorium elektrotechniki i elektroniki Temat Pomiar mocy prądu stałego i przemiennego 1. Cel ćwiczenia. Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z pomiarem mocy w obwodach elektrycznych. 2. Wiadomości podstawowe. Moc chwilowa pobierana przez odbiornik (o dowolnym charakterze) równa jest iloczynowi napięcia chwilowego na odbiorniku i natęŜenia chwilowego prądu przepływającego przez odbiornik: p = u ⋅i . A (1) * * W Ro E ~ V Rys. 1. Schemat pomiaru mocy z układem połączeń cewek watomierza. Moc prądu stałego pobieranego przez odbiornik czysto rezystancyjny ze źródła jest równa iloczynowi natęŜenia prądu i napięcia na odbiorniku: U2 P = UI = = I 2R , R które są wartościami stałymi w całym przedziale czasu. (2) JeŜeli prąd ma charakter przemienny (sinusoidalny), to moc określona dla jednego okresu: p(t ) = U m sin(ωt + ϕ ) ⋅ I m sin(ωt ) , (3) gdzie ϕ określa przesunięcie fazowe pomiędzy prądem a napięciem na odbiorniku. Moc średnia prądu przepływającego przez odbiornik czysto rezystancyjny równa jest iloczynowi wartości skutecznych prądu i napięcia mierzonego dla tego odbiornika ( ϕ = 0 ): P = U *I * = * gdzie U = Um 2 * oraz I = Im 2 U *2 = I *2 R , R (4) . Moc średnia nazywana teŜ jest mocą czynną. 1 Katedra Sterowania i InŜynierii Systemów Laboratorium elektrotechniki i elektroniki JeŜeli odbiornik posiada dodatkowo charakter indukcyjny lub/i pojemnościowy (rys.2), moc jest przez niego pobierana (energia jest magazynowana) i oddawana (energia jest oddawana). W tym wypadku moŜna określić następujące wielkości (dla jednego okresu przebiegu prądu zmiennego): − moc czynna: pobierana przez odbiornik o charakterze rezystancyjnym PR = U * I * cosϕ , (5) − moc bierna: pobierana i oddawana przez odbiornik o charakterze pojemnościowym lub indukcyjnym PX = U * I * sin ϕ , (6) − moc pozorna: określającą największą moc czynną przy danych wartościach skutecznych napięcia i prądu PP = PP2 + PX2 = U * I * cos 2 ϕ + sin 2 ϕ = UI , (7) gdzie ϕ jest przesunięciem fazowym pomiędzy napięciem a prądem w obwodzie. A Ro E ~ V Co Lo Rys. 2. Schemat układu pomiaru mocy. 3. - Zestaw ćwiczeniowy. W skład zestawu ćwiczeniowego wchodzą: mierniki wielkości elektrycznych: woltomierz analogowy oraz amperomierz analogowy, watomierz cyfrowy, watomierz analogowy odbiornik rezystancyjny Ro, przewody łączeniowe, źródło zasilania napięciem przemiennym. 4. Przebieg ćwiczenia. Do dyspozycji są dwa watomierze: analogowy i cyfrowy. Przed przystąpieniem do ćwiczenia naleŜy dokładnie zapoznać się z obsługą obu typów mierników, zwracając uwagę na sposób odczytania wartości mocy z miernika analogowego. Uwaga! JeŜeli dokonujemy pomiaru mocy prądu zmiennego za pomocą watomierza analogowego, naleŜy przed włączeniem go do obwodu dokonać pomiaru natęŜenia prądu w obwodzie, aby upewnić się czy nie zostanie przekroczony dopuszczalny zakres natęŜenia prądu dla danego watomierza analogowego. 2 Katedra Sterowania i InŜynierii Systemów Laboratorium elektrotechniki i elektroniki 4.1. Pomiar mocy pobieranej przez odbiornik tylko o oporności czynnej Połączyć obwody pomiarowe zgodnie ze schematem na rys. 1, zwracając uwagę na właściwe podłączenie watomierza (gwiazdki na rysunku. oznaczają początki cewek pomiarowych watomierza). Za pomocą watomierza analogowego dokonać pomiaru mocy pobieranej przez odbiornik o charakterze czysto rezystancyjnym. Korzystając z pomocy włączonych do układu amperomierza i woltomierza porównać wyniki wartości mocy otrzymane z obliczeń iloczynu prądu i napięcia ze wskazaniami watomierza. 4.2. Pomiar mocy pobieranej przez odbiornik z opornością czynną i indukcyjną 4.2.1. Za pomocą watomierza elektronicznego naleŜy zmierzyć moc pobieraną przez odpowiedni odbiornik (wentylator, suszarka itd.). Zanotować wyniki pomiarów wartości skutecznej natęŜenia prądu, napięcia oraz cosϕ. Obliczyć moc czynną i porównać z odczytem watomierza. Obliczyć moc bierną oraz pozorną. 4.2.2. Za pomocą watomierza analogowego zmierzyć moc czynną (pamiętając o uprzednim sprawdzeniu wartości prądu w obwodzie). Pomierzyć wartość skuteczną natęŜenia prądu i napięcia na odbiorniku. Obliczyć cosϕ. Obliczyć moc bierną oraz pozorną. Punkt 4.2.1 i 4.2.2 powtórzyć dla wszystkich dostępnych punktów pracy danego odbiornika. 5. Sprawozdanie 1. W sprawozdaniu zamieścić opis przebiegu ćwiczenia wraz z udokumentowanymi rezultatami pomiarów w tabelach. 2. Przedstawić szczegółowo wszystkie przeprowadzone w trakcie ćwiczenia obliczenia. 3. Sprawozdanie powinno zawierać omówienie wyników i wnioski. Dodatkowo naleŜy pisemnie wyjaśnić konsekwencje istnienia mocy biernej dla abonenta energii elektrycznej. 6. Literatura 1. Elektrotechnika i elektronika dla nieelektryków, Praca zbiorowa, WNT, Warszawa 2004, wydanie 6. 2. Podstawy elektrotechniki i elektroniki dla elektryków. Część 1 i 2, autor: A. Chochowski, WSiP, Warszawa 2002. 3