Temat: Pomiar mocy prądu jednofazowego watomierzem.

Wstęp do przeprowadzanego doświadczenia.

1. Cel ćwiczenia:

Celem przeprowadzanego ćwiczenia było zmierzenie mocy prądu jednofazowego watomierzem. Należało dokonać pomiaru mocy czynnej całego układu w obwodzie oraz napięcia zasilania. Należało dokonać 9 pomiarów przy 3 wartościach napięcia strony wtórnej transformatora i 3 wartościach mocy odbiornika.

2. Połączenie układu według przedstawionego na rysunku schematu.

At W

3. Przedstawiony układ składa się z następujących elementów:

• Transformator

• żarówki 3x60W

• watomierz laboratoryjny

• miernik uniwersalny

• woltomierz

• włącznik

4. Krótka charakterystyka powyższych elementów.

Transformator - jest urządzeniem elektrycznym przeznaczonym do zamiany układu napięć i prądów przemiennych na układ napięć i prądów o innych z reguły wartościach, lecz takiej samej częstotliwości. Zmiana ta odbywa się za pośrednictwem pola magnetycznego.
Podstawową właściwością transformatora jest więc możliwość zmiany wartość napięcia i prądu w obwodzie prądu przemiennego. Obecnie potrzeba takiej zmiany występuje zarówno w obwodzie prądu przemiennego zarówno w energetyce, m.in. przy przesyłaniu i rozdzielaniu energii elektrycznej, jak też w zakładach przemysłowych i wielu urządzeniach powszechnego użytku (np. zasilacz z regulowanym napięciem, radioodbiornik itp.). Z tego wynika konieczność produkowania ogromnej liczby różnorodnych transformatorów.

Ze względu na zastosowanie transformatory można podzielić na trzy podstawowe grupy:

1. Transformatory energetyczne - stosowane przy przesyłaniu i rozdzielaniu energii elektrycznej (zwane też transformatorami mocy)

2. Transformatory małej mocy - stosowane w urządzeniach elektrycznych i elektronicznych w automatyce, łączności, teletechnice.

3. Transformatory specjalne budowane dla różnych celów specjalnych, np. przekładniki pomiarowe, transformatory spawalnicze, probiercze, piecowe, prostownikowe, bezpieczeństwa itd.

Watomierz - Miernik wskazówkowy (analogowy), jest to miernik przeznaczony do wskazywania z określoną dokładnością wartości wielkości mierzonej za pomocą wskazówki materialnej lub świetlnej, przesuwającej się wzdłuż podziałki. Częścią >składową każdego miernika jest ustrój pomiarowy. Ustrój ten ma część nieruchomą i część ruchomą zwaną organem ruchomym do którego przymocowana jest wskazówka. Do ustroju zostaje doprowadzona pewna wielkość elektryczna Y (najczęściej prąd). Pod działaniem wielkości Y w ustroju powstaje siła F przesuwająca organ ruchomy łącznie ze wskazówką względem części nieruchomej na drodze F. Jeżeli nie można doprowadzić bezpośrednio wielkości mierzonej do ustroju ruchomego stosujemy układy pomiarowe miernika. Do układu pomiarowego miernika wielkość mierzoną X, układ przetwarza ją w wielkość Y, działającą bezpośrednio na ustrój. Ustrój z kolei przetwarza wielkość Y przesunięciem organu ruchomego.

Woltomierz - jest to przyrząd pomiarowy za pomocą którego mierzy się napięcie elektryczne (jednostka napięcia wolt). Polski woltomierz laboratoryjny magnetoelektryczny typu LM-3. Jest włączany równolegle do obwodu elektrycznego. Idealny woltomierz posiada nieskończenie dużą rezystancję wewnętrzną. W związku z tym oczekuje się pomijalnie małego upływu prądu przez cewkę pomiarową. Obwody, w których dokonujemy pomiaru napięcia mogą mieć różną konfigurację i parametry, które pod wpływem włączenia woltomierza do obwodu ulec mogą zmianie, obarczając wynik pomiaru pewnym błędem - gdyż woltomierz zasilanie (moc) czerpie najczęściej z układu. Zmiany te będną tym mniejsze im mniejsza będzie moc (tym samym natężenie) pobierana przez woltomierz:

Miernik uniwersalny - Multimetr jest zespolonym urządzeniem pomiarowym posiadającym możliwość pomiaru różnych wielkości fizycznych. Termin stosowany najczęściej w elektrotechnice do opisania urządzenia zawierającego co najmniej: amperomierz, woltomierz, omomierz. Cechą charakterystyczną jest sposób prezentacji pomiaru - zawsze na tym samym elemencie wyjściowym, przy użyciu:

• wskaźnika wychyłowego napędzanego siłą elektrodynamiczną w multimetrze analogowym,

• wyświetlacza LCD lub LED sterowanego mikroprocesorowo w multimetrze cyfrowym,

• interfejsu elektronicznego do przekazania danych np. do komputera.

Nowoczesne multimetry potrafią m.in. realizować kilka pomiarów jednocześnie, np. wartości napięcia i jego częstotliwości, zapamiętywać mierzone wielkości, czy wyznaczać średnią z pomiarów.

5. Opracowanie wyników z przeprowadzonego doświadczenia.

Lp.	P [W]	U [V]	I [A]	S [VA]	Q [VAR]	Cos γ	sin γ	R [ Ω ]	X [Ω ]	Z [Ω ]
1	29,0	69,1	0,45	31,10	11,23	0,93	0,36	143,21	55,48	153,58
2	19,0	69,1	0,29	20,04	6,24	0,95	0,31	225,92	75,77	238,29
3	9,00	69,1	0,13	8,98		1,00		532,54		531,36
4	26,0	65,2	0,44	28,70	12,15	0,91	0,42	134,30	62,77	148,24
5	17,0	65,2	0,28	18,30	6,77	0,93	0,37	216,84	86,40	233,42
6	9,00	65,2	0,12	7,82		1,15		625,00		543,06
7	24,00	61,00	0,42	25,6	8,91	0,94	0,35	136,05	50,51	145,12
8	16,00	61,00	0,27	16,5	4,03	0,97	0,24	219,48	55,29	226,34
9	8,00	61,00	0,12	7,32		1,09		555,56		508,33

6. Obliczeń dokonano na podstawie poniższych wzorów

moc bierna moc pozorna współczynnik mocy Sinus kąta fazowego Rezystancja Reaktancja Implantancja

Q =√ S^2 - P^2 S = U x I coc γ =^P/S sin γ = ^Q/S R = ^P/I^2 X = √Z^2 - R^2 Z = ^S/I^2

[VAR] [VA] [Ω] [Ω] [Ω ]

Obliczenia:

1. Obliczenie mocy pozornej

S= U x I [VA]

Lp.	U	I	S
1	69,1	0,45	31,095
2	69,1	0,29	20,039
3	69,1	0,13	8,983
4	65,2	0,44	28,688
5	65,2	0,28	18,256
6	65,2	0,12	7,824
7	61,00	0,42	25,62
8	61,00	0,27	16,47
9	61,00	0,12	7,32

2.Obliczenie mocy biernej Q = √S² - P² [V_AR]

Lp.	S	P	Q
1	31,10	29,00	11,23
2	20,04	19,00	6,37
3	8,98	9,00
4	28,70	26,00	12,15
5	18,30	17,00	6,77
6	7,82	9,00
7	25,60	24,00	8,91
8	16,50	16,00	4,03
9	7,32	8,00

P

3.Obliczenie współczynnika mocy coc γ = ^------

S

Lp.	P	S	cos γ
1	29,00	31,10	0,93
2	19,00	20,04	0,95
3	9,00	8,98	1,00
4	26,00	28,70	0,91
5	17,00	18,30	0,93
6	9,00	7,82	1,15
7	24,00	25,60	0,94
8	16,00	16,50	0,97
9	8,00	7,32	1,09

Q

4. Sinus kąta fazowego sin γ =-------

S

Lp.	Q	S	sin γ
1	11,23	31,1	0,36
2	6,24	20,04	0,31
3		8,98	0,00
4	12,15	28,7	0,42
5	6,77	18,3	0,37
6		7,82	0,00
7	8,91	25,6	0,35
8	4,03	16,5	0,24
9		7,32	0,00

P

5. Obliczenie Rezystancja R= ----- [Ω]

I²

Lp.	P	I	R
1	29	0,45	143,21
2	19	0,29	225,92
3	9	0,13	532,54
4	26	0,44	134,30
5	17	0,28	216,84
6	9	0,12	625,00
7	24	0,42	136,05
8	16	0,27	219,48
9	8	0,12	555,56

6. Obliczenie reaktancji X = √Z² - R² [Ω]

Lp.	Z	R	X
1	153,58	143,21	55,48
2	238,29	225,92	75,77
3	531,36	532,54
4	148,24	134,3	62,77
5	233,42	216,84	86,4
6	543,06	625
7	145,12	136,05	50,51
8	226,34	219,48	55,29
9	508,33	555,56

S

7. Obliczenie implantacji Z= ------- [Ω]

I²

Lp.	S	I	Z
1	31,1	0,45	153,58
2	20,04	0,29	238,29
3	8,98	0,13	531,36
4	28,7	0,44	148,24
5	18,3	0,28	233,42
6	7,82	0,12	543,06
7	25,6	0,42	145,12
8	16,5	0,27	226,34
9	7,32	0,12	508,33

Wnioski:

Ćwiczenie to pokazało nam jak się dokonuje pomiaru mocy prądu jednofazowego watomierzem. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów dokonaliśmy obliczeń.

Zarówno sin φ, jak i przesunięcie fazowe cos φ w 3, 6 i 9 pomiarze przekracza wartość jedynki. Reaktancja także jest ujemna przed pierwiastkowaniem. Moc P czynna odczytana ze wskazań watomierza wzrasta proporcjonalnie wraz z natężeniem prądu co wykazują wpisy w tabelce. Wynikające błędy mogą być sumą niedokładności odczytu pomiaru jak również klasa dokładności przyrządów.

4

V

A

W

odbiornik

---