Pomiar mocy prądu stałego

(Instrukcja do ćwiczenia)

Pomiary mocy w obwodach prądu stałego

Cel ćwiczenia:

Poznanie różnych sposobów pomiaru mocy. Nabycie umiejętności włączania watomierza w obwód prądu stałego.

1. Zasady pomiaru

Moc prądu stałego lub moc pozorną można wyznaczyć na podstawie pomiaru natężenia prądu płynącego przez odbiornik i napięcia na tym odbiorniku. Pomiar może być wykonany w układzie z poprawnie mierzonym napięciem:

lub w układzie z poprawnie mierzonym natężeniem prądu:

Moc odbiornika wynosi

P_odb = U_odb⋅ I_odb

W układzie z poprawnie mierzonym napięciem woltomierz wskazuje napięcie

U_V = U_odb

a amperomierz wskazuje natężenie prądu

Moc obliczona ze wskazań woltomierza i amperomierza wynosi

P = U_V ⋅I_A

Moc ta jest większa od mocy odbiornika o

ΔP_V = U²_odb / R_V

Zatem błąd pomiaru mocy spowodowany rezystancją woltomierza wynosi

W układzie z poprawnie mierzonym natężeniem prądu amperomierz wskazuje natężenie prądu

I_A = I_odb

a woltomierz wskazuje napięcie

U_V = U_odb + R_A ⋅I_odb

Moc obliczona ze wskazań woltomierza i amperomierza jest większa od mocy odbiornika o

ΔP_A = R_A ⋅I²_odb

Zatem błąd pomiaru mocy spowodowany rezystancją amperomierza wynosi

Błędy te są małe, jeżeli w układzie z poprawnie mierzonym napięciem R_V >> R_odb a w układzie z poprawnie mierzonym natężeniem prądu R_A << R_odb. W innych przypadkach należy w obliczeniach uwzględniać moc pobieraną przez woltomierz, amperomierz lub watomierz.

Błąd pomiaru spowodowany mocą pobraną przez przyrządy pomiarowe jest mały jeżeli R_V >> R_odb i jednocześnie R_V >> R_W. W innych przypadkach moc tę należy uwzględniać w obliczeniach.

Wzory:

a) układ poprawnie mierzonego prądu:

b) układ poprawnie mierzonego napięcia:

Amperomierz i woltomierz służą do kontroli pracy watomierza. Wskazania tych mierników pozwalają stwierdzić, czy nie jest przekroczony zakres prądowy lub napięciowy watomierza. Jest to bardzo ważne, ponieważ wskazaniom mniejszym od maksymalnego może odpowiadać stan przeciążenia jego obwodu prądowego lub napięciowego.

2. Przebieg ćwiczenia i schematy połączeń

1. Pomiary mocy prądu stałego woltomierzem i amperomierzem oraz watomierzem - układ poprawnie mierzonego napięcia:

• Połącz układ poprawnie mierzonego napięcia;

• Zmieniając wartość napięcia zasilania w zadanych granicach wykonaj pomiary mocy dla dwóch przypadków:

• przy I_odb = const,

• przy R_odb = const.

• Wyniki zanotuj w tabeli 1;

• Na podstawie pomiarów wykonaj wykresy:

• P_odb = f(R _odb) przy I_odb = const

• P _odb = f(I_odb) przy R_odb = const

• δ= f(P_odb) przy I_odb = const.

• Dokonaj analizy zależności i uzyskanych przebiegów.

1. Pomiary mocy prądu stałego woltomierzem i amperomierzem oraz watomierzem - układ poprawnie mierzonego prądu:

• Połącz układ poprawnie mierzonego prądu;

• Zmieniając wartość napięcia zasilania w zadanych granicach wykonaj pomiary mocy dla dwóch przypadków:

• przy I_odb = const,

• przy R_odb = const.

• Wyniki zanotuj w tabeli 2;

• Na podstawie pomiarów wykonaj wykresy:

• P_odb = f(R _odb) przy I_odb = const

• P _odb = f(I_odb) przy R_odb = const

• δ= f(P_odb) przy I_odb = const.

• Dokonaj analizy zależności i uzyskanych przebiegów.

Wnioski i uwagi.

Przy formułowaniu wniosków należy uwzględnić:

• błędy występujące przy bezpośrednim i pośrednim pomiarze mocy.

• przebieg wykreślonych charakterystyk.

• warunki w jakich watomierz może ulec uszkodzeniu mimo małego (lub nawet zerowego) wychylenia wskazówki.

• problem dopasowania energetycznego odbiornika do źródła.

• kryteria wyboru układu w zależności od wielkości mierzonej mocy i rezystancji używanych przyrządów.

Karta pomiarów

ZESPÓŁ SZKÓŁ PONADGIMNAZJALNYCH NR 3 W BEŁCHATOWIE	PRACOWNIA ELEKTRYCZNA I ELEKTRONICZNA	ROK SZKOLNY: .……………..……………………
1.…………………………….. (nazwisko i imię) 2…………………………….. (nazwisko i imię) 3……………………………... (nazwisko i imię) 4…………………………....... (nazwisko i imię)	Temat ćwiczenia: Pomiary mocy w obwodach prądu stałego	Nr ćwiczenia: ………………………
		Klasa: Grupa: Zespół:	Data wykonania: ……………………

Tabela 1

Pomiar przy I odb = const

Układ poprawnie mierzonego napięcia

I

U

P`

cp



P

p

P`odb

Podb

R

δ

A

V

W

W/dz

dz

W

W

W

W



%

Pomiar przy R odb = const

Układ poprawnie mierzonego napięcia

Tu wpisz wartość Ruw

Średnio

Tu wpisz wartość Rv

Tabela 2

Pomiar przy I odb = const

Układ poprawnie mierzonego prądu

I

U

P`

cp



P

p

P`odb

Podb

R

δ

A

V

W

W/dz

dz

W

W

W

W



%

Pomiar przy R odb = const

Układ poprawnie mierzonego pradu

Tu wpisz wartość Riw

Średnio

Tu wpisz wartość Ra

Wykaz sprzętu pomiarowego:

…………………………………………………………………….

…………………………………………………………………….

…………………………………………………………………….

…………………………………………………………………….

…………………………………………………………………….

…………………………………………………………………….

…………………………………………………………………….

…………………………………………………………….

- 2 -

2

Opracowanie: Jolanta Prokop

Opracowanie: Jolanta Prokop

R_A

I_V

I_odb

R_V

R_odb

U_odb

U_A

U

A

V

I_odb

R_V

R_odb

U_odb

U_A

U

A

V

I_V

R_A

R_A

I_V

I_odb

I_UW

R_V

R_IW

R_odb

U_odb

U_IW

U_A

U

A

W

V

I_UW

R_V

I_odb

R_IW

R_UW

R_A

I_V

R_odb

U_odb

U_IW

U_A

U

A

W

V

R_UW

---