Zespół Dydaktyczno-Naukowy Napędów i Sterowania

Instytut Maszyn Roboczych Ciężkich PW

Laboratorium Elektrotechniki i Elektroniki

Ćwiczenie P III

Pomiar mocy

Data Wykonania ćwiczenia 05.01.2001

Data oddania sprawozdania 12.01.2001

Ocena: ................

1.Skocz Mariusz

2.Węgrzynek Daniel

3.Bober Kamil

4.Andrzejewski Jacek

5.Lulaj Piotr

6.Nawrocki Piotr

7.Wilga Łukasz

8.Kaczyński Krzysztof

Wydział: SiMR

Rok ak. 2000/2001

Grupa: 2.3

POMIAR MOCY PRĄDU PRZEMIENNEGO

Do pomiaru mocy czynnej prądu przemiennego stosuje się watomierze.

W watomierzu elektrodynamicznym nieruchoma cewka prądowa połączona jest szeregowo z odbiornikiem energii elektrycznej, a ruchoma cewka napięciowa równolegle do odbiornika.Prąd przepływający przez cewkę prądową jest równy prądowi odbiornika. Prąd przepływający przez cewkę napięciową jest proporcjonalny do napięcia na odbiorniku.

Odchylenie organu ruchomego jest proporcjonalne do iloczynu wartości chwilowych napięcia i prądu I to znaczy mocy czynnej P.

Podziałka watomierza jest zawsze niemianowana.W celu otrzymania wartości mierzonej mocy należy liczbę działek, o jaką wychyliła się wskazówka, pomnożyć przez stałą watomierza.

Rys.1. Układ watomierza elektrodynamicznego.

1. cewka prądowa,

2. cewka napięciowa,

Z - impedancja,

R
- rezystancja dodatkowa.

Do pomiaru mocy biernej wykorzystuje się waromierze. Miernik mocy biernej różni się od watomierza jedynie obwodem napięciowym.

Rys.2. Układ waromierza elektrodynamicznego.

Pomiaru mocy pozornej w obwodach prądu przemiennego dokonuje się pośrednio poprzez pomiar napięcia i prądu odpowiednio woltomierzem i amperomierzem.Iloczyn wskazań tych dwóch mierników jest wartością mocy pozornej.

METODY POMIARU MOCY PRĄDU TRÓJFAZOWEGO

Do pomiaru mocy w sieciach prądu trójfazowego wykorzystuje się watomierze i waromierze. W zależności od obciążenia sieci (symetryczne lub niesymetryczne) i rodzaju sieci (trój - lub czteroprzewodowe) stosuje się różne połączenia mierników. Dla sieci obciążonych symetrycznie wystarczające jest wykorzystanie tylko jednego miernika.

.

Rys.3 Schemat pomiaru mocy sieci trójfazowej obciążonej symetrycznie:

1. czteroprzewodowej,

2. trójprzewodowej.

W sieci czteroprzewodowej obciążonej symetrycznie, gdy moc wszystkich faz jest jednakowa, wystarczy mierzyć moc jednej fazy, zaś moc całkowita jest trzy razy większa.

W sieciach bez przewodu zerowego, obciążonych symetrycznie, moc mierzy się jednym watomierzem w układzie ze sztucznym punktem zerowym.

W sieciach obciążonych niesymetrycznie moc można mierzyć trzema watomierzami. W praktyce, w sieciach trójprzewodowych, stosuje się układ dwóch watomierzy, zwany układem Arona. Cewki prądowe tych watomierzy są włączone na dwie dowolne fazy. Początki cewek napięciowych są połączone z początkami odpowiednich cewek prądowych, końce cewek napięciowych są przyłączone do trzeciego przewodu. Moc całkowita jest sumą wskazań obu watomierzy.

.

Rys.4 Układy połączeń do pomiaru mocy metodą Arona.

Pomiary mocy prądu przemiennego jednofazowego

Schemat połączeń do pomiaru mocy prądu przemiennego jednofazowego pokazany jest na rysunku:

Rys.5 Schemat połączeń układu do pomiaru mocy prądu przemiennego jednofazowego.

A - amperomierz elektromagnetyczny, V - woltomierz elektromagnetyczny, W - watomierz elektrodynamiczny, miernik cosφ, Z,R,X - obciążenie impedancyjne, rezystancyjne, reaktancyjne.

Odbiornik	U	I	P	cosφ	S = UI	P = UIcosφ	Q = UIsinφ
	V	A	W	-	VA	W	war
R	150	0,65	95	1	97,5	97,5	0
X	150	2,94	92,5	0,185	441	81,59	433,38
Z	150	0,6	85	0,956	90	86,04	26,40

Pomiar mocy czynnej trójfazowej metodą dwóch watomierzy

Schemat połączeń układu do pomiaru mocy czynnej trójfazowej metodą dwóch watomierzy pokazany jest na rysunku:

Rys.6 Schemat połączeń układu do pomiaru mocy czynnej trójfazowej metodą dwóch watomierzy.

A_R, A_S, A_T, - amperomierze elektromagnetyczne, W₁, W₂ - watomierz ferromagnetyczny, V - woltomierz elektromagnetyczny, PV - przełącznik woltomierzowy, Z_R, Z_S, Z_T - obciążenie impedancyjne, R_R, R_S, R_T - obciążenie rezystancyjne

Odbiornik	Prąd I			Napięcie U			Napięcie U			Moc P		Moc P
		R	S	T	RO	SO	TO	RS	ST	RT	1	2	1+2
R-symetryczny	2,25	2,25	2,25	226,5	225	231	393	393	396	770	1480	2250
R-asymetryczny	2,63	2,8	2,4	230,7	204	246,6	393	393,3	395,7	820	1860	2680
Z-symetryczny	1,15	1,15	1,15	228,6	225,6	228,6	396,6	395,4	396,6	420	80	500
Z-asymetryczny	1,25	1,25	1,1	240	219	228	393	396	396	450	5	455

WNIOSKI

Analizując pomiar mocy prądu przemiennego jednofazowego przy różnych rodzajach obciążeń (R,X,Z) dochodzimy do wniosku, iż największą mocą pozorną charakteryzuje się obciążenie reaktancyjne. Wynika to głównie z małej wartości współczynnika mocy cosφ. Mała wartość tego współczynnika wskazuje na duży kąt fazowy, który dla danego przypadku wynosi w przybliżeniu 79°20'. Natomiast obciążenie impedancyjne w przeciwieństwie do reaktancyjnego wskazuje dużą wartość współczynnika mocy, któremu odpowiada w przybliżeniu kąt przesunięcia fazowego 17°. Dla obciążenia rezystancyjnego istnieje tylko moc czynna. Współczynnik mocy przyjmuje wartość jedności, która odpowiada kątowi 0°. Równie duży wpływ na wartość poszczególnych mocy ma natężenie prądu.

Ogólnie, przy wartości napięcia takiej samej dla wszystkich trzech prób, zmianie ulegają tylko natężenie prądu i funkcje kąta przesunięcia fazowego. Zatem te właśnie czynniki wpływają na wartości poszczególnych mocy.

Ponieważ wskazania watomierzy przy pomiarze mocy czynnej prądu trójfazowego dla każdego przypadku nie są jednakowe, zatem kąt przesunięcia fazowego φ, dla każdego przypadku, jest różny od zera. Dla obciążenia impedancyjnego asymetrycznego kąt przesunięcia fazowego φ jest bliski wartości 60°, gdyż moc na drugim watomierzu wynosi zaledwie 5 W. W idealnym przypadku, gdy kąt przesunięcia fazowego wynosi 60° to moc wskazywana na jednym z watomierzy wynosi 0. Dla obydwu przypadków obciążenia asymetrycznego obserwujemy wzrost wartości prądu w odniesieniu do obciążenia symetrycznego. Zupełnie inaczej rozkładają się wartości mocy. W przypadku rezystancji obciążenie asymetryczne posiada większą wartość mocy niż symetryczne. Dla impedancji mamy zależność całkowicie odwrotną, chociaż różnica między wskazaniami watomierzy, przy uwzględnieniu wielkości skali pomiarów jest niewielka. Napięcia przewodowe dla obciążeń symetrycznych i asymetrycznych posiadają niewielkie rozbieżności, co do wartości. Inaczej jest w przypadku napięć fazowych. Dla wartości RO,TO przy obciążeniu symetrycznym wartości są mniejsze niż przy asymetrycznym, dla SO jest odwrotnie.

6

---