| Общепрофессиональная дисциплина 02 Электротехника и электроника | ||
| РАЗДЕЛ 6. Приборы измерения мощности, энергии, формы сигнала | ||
| Тема 6.1. Приборы и методы измерения мощности и энергии | ||
| Наименование занятия | Измерение электрической энергии в цепях переменного тока. | |
| Цели занятия: | познавательная | 1. Углубить теоретические знания по устройству и принципу работы индукционного счетчика. 2. Научиться собирать схемы для подключения Счетчика в схему 3. Изучить работу счетчика. 4. Научится читать шкалы приборов, определять цену деления приборов. 5. Научиться снимать и анализировать полученные данные. 6. Уметь подключать схему трансформатора тока. 7. Научиться рассчитывать погрешности. |
| Общие компетенции | ОК 2. Организовывать собственную деятельность, определять методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество. ОК 3. Решать проблемы, оценивать риски и принимать решения в нестандартных ситуациях. ОК 4. Осуществлять поиск, анализ и оценку информации, необходимой для постановки и решения профессиональных задач, профессионального и личностного развития. | |
| Норма времени | 2 часа | |
| Оснащение лабораторного занятия | 1. Амперметр - 1 шт. 2. индукционный счетчик – 1 шт. 3. Вольтметр – 1 шт. 4. Ваттметр – 1 шт. 5. Нагрузка активная. 6. Мультиметр – 1шт. | |
| Особые правила техники безопасности и охраны туда | При выполнении работы подача напряжения на схему разрешается после проверки преподавателем. | |
| Литература | 1. Шишмарев В.Ю. Электрорадиоизмерения М.: Академия, 2004. 2. Кравцов А.В. Метрология м электрические измерения. М. Колос, 1999. 3. Панфилов ВА. Электрические измерения М.: Академия, 2004. 4. Малиновский ВН. Электрические измерения. М. Энергоиздат, 1992. | |
Методические рекомендации.
Электрическая энергия учитывается специальными приборами, называемыми счетчиками электрической энергии, представляющими собой сочетание измерительного механизма, подобного измерительному механизму ваттметра, со счетным механизмом.
Счетчик электрической энергии принципиально отличается от ваттметра тем, что ваттметр показывает значение величины в данный момент времени, а счетчик - значение измеряемой величины за некоторый промежуток времени. Иначе говоря, счетчик в отличие от ваттметра является суммирующим прибором и имеет неограниченный угол вращения.
В настоящее время применяют счетчики индукционные для цепей переменного тока и электродинамические для цепей постоянного тока.
Принцип действия индукционных приборов основан на взаимодействии двух или нескольких переменных магнитных потоков с токами, индуцированными в подвижном проводнике (например, диске). Типичным представителем этой системы является классический индукционный счетчик — измеритель активной энергии.
 |
Основными элементами прибора являются два магнитопровода со своими обмотками (напряжения и токовой), вращающийся диск и счетный механизм. Как и ваттметр, счетчик содержит обмотки тока и напряжении. Включается счетчик в цепь так же, как и ваттметр.
| Рис. 1.9.1 Схема включения однофазного счетчика активной энергии | Рис.1.9.2.Конструкция однофазного индукционного однофазного счетчика |
В счетчиках индукционной системы для перемещения подвижной части используют явление взаимодействия одного или нескольких переменных потоков с токами, наведенными ими в подвижной части. Подвижную часть счетчика, выполняют в виде алюминиевого диска.
Вращающий момент, действующий на подвижную часть индукционного прибора, пропорционален мощности сети, в которую он включен.
Количество оборотов диска, соответствующее единице, учтенной счетным механизмом энергии, называют передаточным числом счетчика и обозначают буквой К. Выражается передаточное число количеством оборотов диска, приходящихся на 1 кВт*ч.
Величина, обратная передаточному числу счетчика, называется номинальной постоянной счетчика и обозначается Сном. Показывает, сколько энергии, учтенной счетным механизмом, приходится на один оборот диска. Выражается постоянная счетчика в Вт*с/оборот.
На щитке счетчика обычно указывают номинальное напряжение, ток и передаточное число.
Например, на щитке счетчике: U = 220 В. Iн = 5А. f = 50 Гц а передаточное число указано надписью: 1 кВт *ч = 1250 оборотов диска. По передаточному числу счетчика легко определяется его номинальная постоянная. Для приведенного нами выше примера:
Сном= 1000*3600/1250= 2880 Вт*сек/оборот (1)
Энергия, потребленная из сети за время t, в течение которого диск счетчика сделал Nt оборотов, будет равна:
At = Pt = l / K*Nt (2)
где: At – электрическая энергия, потребляемая из сети за время t;
Pt - мощность сети, в которую включен счетчик;
t – время за которое диск сделал N, оборотов;
Nt – число оборотов диска счетчика за время t;
К – передаточное число счетчика.
Погрешности счетчиков изменяются с изменением нагрузки цепи, в которую они включены. При малых нагрузках трение в подшипниках, счетном механизме и диска о воздух, а также меньшая магнитная проницаемость сердечника (по сравнению с проницаемостью при больших нагрузках) приводят к значительной отрицательной погрешности.
Для компенсации момента трения в счетчиках создается дополнительный момент, действующий на диск, так называемый компенсационный момент. Создание компенсационного момента достигается различными конструктивными путями:
¾ короткозамкнутыми витками, охватывающими выступающую часть магнитопривода;
¾ винтом, ввинчиваемым в противополюс, или поводком, перемещающимся относительно сердечника.
Во всех этих случаях появляется дополнительный - компенсационный момент.
Сегодня в задачах измерения активной энергии все шире применяются цифровые (микропроцессорные) счетчики энергии. В задачах технических экспресс-измерений для оценки потребленной энергии в кратковременных экспериментах используют автономные малогабаритные цифровые измерительные регистраторы (анализаторы), которые имеют режим вычисления активной и реактивной энергии или позволяют найти эти величины с помощью компьютера и специализированного программного обеспечения.
Ход работы
1. Заполните таблицу 1.9.1.
Таблица 1.9.1 Сведения об электроизмерительных приборах
| № | Название прибора | Система прибора | Измеряемая величина | Единицы измерения | Пределы измерения | Цена деления | Класс точности |
2. Соберите электрическую схему как показано на рисунке 1.9.5:
|
3. Произвести измерения изменяя нагрузку, результаты измерений занести в
таблицу 1.9.2
Таблица 1.9.2
| Нагрузка | Измерено | Вычислено | |||||||||
| Pw1, Вт | Pw2,Вт | N, об. | t, c | U,В | I,А | WСЧ, Вт*с | WW, Вт*с | DW, Вт*с | ΔW | d,% | |
| R1 | |||||||||||
| R2 | |||||||||||
| R3 |
Pw1 – мощность измеренная ваттметром;
Pw2 – мощность измеренная измерителем мощности.
4. Произвести расчёты погрешностей измерения электрической энергии счётчика по формулам:
Wсч = Сном *N (3)
W = PW2* tи (4)
DW = W - WСЧ (5)
d = DW / WСЧ *100 % (6)
5. Результаты расчётов занести в таблицу. Ответить на контрольные вопросы. Сделать
выводы о работе.
Содержание отчёта
1. Технические данные измерительных приборов используемых в работе.
2. Электрическая схема цепи.
3. Таблица с данными измерениями.
4. Расчетные формулы.
5. Выводы о проделанной работе.
6. Контрольные вопросы.
Контрольные вопросы:
1. Какие меры применяют для уменьшения погрешности счетчика от действия момента трения?
2. Составьте схему включения счетчика электрической энергии в трех и четырёх проводной сети?
3. На каком эффекте основан принцип действия индукционных приборов?