POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA ZAKŁAD ELEKTROTECHNIKI PRZEMYSŁOWEJ LABORATORIUM Z ELEKTRONIKI SPRAWOZDANIE
Temat: Pomiar mocy i energii prądu zmiennego
rok akademicki 99/00	WYDZIAŁ MECHANICZNY	zespół nr 2
prowadzący ćwiczenia	data wyk. ćwiczenia	nr ćwiczenia 03
Skład zespołu: Degler Robert	Ocena:	grupa M-33

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest pomiar mocy pobieranej przez cewkę (elementu indukcyjno - pojemnościowego) oraz żarówki (elementu opornościowego),

2. Przebieg ćwiczenia

W układzie wykorzystano następujące przyrządy pomiarowe:

a)amperomierz elektromagnetyczny typ LE-3P na prąd przemienny o poziomym ustawieniu podczas pracy, o klasie dokładności 0,5 (maksymalny błąd wskazania nie przekracza * 0,5 %), o napięciu próbnym 2 kV, zakres częstotliwości przepływającego prądu 40..50..400 Hz, o zmiennym zakresie pomiarowym

b)watomierz ferrodynamiczny typ LW-1, na prąd stały lub przemienny, o poziomym ustawieniu podczas pracy, o klasie dokładności 0,5 (maksymalny błąd wskazania nie przekracza * 0,5 %), o napięciu próbnym 2 kV, zakres częstotliwości przepływającego prądu 15..50..100 Hz, o zmiennym zakresie pomiarowym

c)woltomierz elektromagnetyczny z opornikiem zewnętrznym typ LE-1 na prąd przemienny o poziomym ustawieniu podczas pracy, o klasie dokładności 0,5 (maksymalny błąd wskazania nie przekracza * 0,5 %), o napięciu próbnym 2 kV, zakres częstotliwości przepływającego prądu 30..50..100 Hz, o zmiennym zakresie pomiarowym

W układ pomiarowy połączony według powyższego schematu, jako odbiornik podłączono najpierw cewkę (element LC), cewkę połączoną równolegle z kondensatorem, zaś na koniec cewkę zastąpiono żarówką (element R). Zmieniając wartość prądu zasilającego układ ( układ pomiarowy zasilany jest poprzez generator, zasilany z sieci, którym można regulować wartość prądu zasilającego układ) odczytywano napięcie, natężenie i moc czynną pobieraną przez odbiornik (cewkę lub żarówkę). Wyniki pomiarów zawarte są w poniższej tabeli .

TABELA Z WYNIKAMI POMIARÓW I OBLICZEŃ

l.p.	I [A]	U [V]	P [W]	cosϕ	sinϕ	S [VA]	Q [VAR]	Z [Ω]	R [Ω]	X [Ω]
UKŁAD Z CEWKĄ
1	2,95	60	75	0,4237	0,9056	177	160,3	21	8,89	19,01
2	4	80	120	0,3750	0,9268	320	296,6	20	7,50	18,53
3	5,2	100	185	0,3557	0,9344	520	485,9	19,2	6,82	17,94
UKŁAD Z CEWKĄ I KONDENSATOREM
1	2,25	60	70	0,5185	0,8548	135	115,4	26,6	13,79	22,73
2	3,2	80	120	0.4687	0,8832	256	226,1	25	11,71	22,08
3	4,1	100	185	0,4512	0,8921	410	365,8	24,3	10,96	21,67
UKŁAD Z ŻARÓWKĄ 500 W
1	1,75	100	135	0,7714	0,6360	175	111,3	57,1	44,04	36,31
2	1,5	120	177,5	0,9861	0,1655	180	29,8	80	78,88	13,24
3	1,65	140	222,5	0,9632	0,2683	231	62	84,8	59,71	22,75

Przykłady obliczeń:

a) cos φ (cosinus kąta przesunięcia fazowego)

moc czynna
[ - ]

np. pierwszy pomiar dla cewki:

b)moc pozorna S

moc pozorna

np. drugi pomiar dla cewki

c) moc bierna Q

z trójkąta mocy

np. trzeci pomiar dla cewki

d) sin φ (sinusa kąta przesunięcia fazowego)

moc pozorna

np. pierwszy pomiar dla układu z kondensatorem

e) impedancja odbiornika

impedancja

np. drugi pomiar dla układu z kondensatorem

f) rezystancja odbiornika

rezystancja

np. trzeci pomiar dla układu z kondensatorem

g) reaktancja odbiornika

reaktancja

np. pierwszy pomiar dla żarówki

Pomiar energii pobieranej przez żarówkę

Schemat układu pomiarowego

a, b, c - zaciski licznika pomiarowego prądu jednofazowego

a b c

1 2 3 4

220 V

Mierniki zastosowane w tym układzie pomiarowym są takie same jak w poprzednim schemacie, lecz tutaj dodatkowo w układ włączony jest licznik kilowatogodzin prądu jednofazowego o znamionowych parametrach pracy: napięcie 220 V, natężenie prądu 5 A, częstotliwość prądu 50 Hz. Jednej kilowatogodzinie odpowiada 2800 obrotów tarczy licznika ( 1 kWh = 2800 obr).

Pomiar energii pobranej przez włączoną w obwód żarówkę o mocy 500 W, polega na pomiarze czasu, w ciągu którego tarcza licznika wykona założoną wcześniej liczbę obrotów, aby móc wyznaczyć stałą licznika. W tym celu ustawiamy na generatorze napięcie zasilające układ (220 V) odpowiadające znamionowemu napięciu żarówki. Wyniki pomiarów zestawiono w tabeli.

	t [s]	P [W]	N [obr]	CL [obr/kWh)	ΔC
1	26	445	10	3072,15	│272,15│
2	26	445	10
3	27	445	10

Przykładowe obliczenia:

Ponieważ moc czynna oraz liczba obrotów tarczy dla której mierzymy czas jest taka sama dla każdego z pięciu pomiarów, stałą licznika obliczymy dla czasu który będzie średnią z pięciu pomiarów. Tak więc wzór na stała licznika ma postać

gdzie t_śr obliczamy z wzoru

zatem stała licznika wynosi

Obliczenie błędu stałej licznika

gdzie C_N - stała znamionowa licznika ( C_N=2800 obr/kWh)

zatem

ΔC=2800-3072,15=|272,15|

3. Trójkąt oporów.

3. Wnioski

Porównując obwody z cewką i cewką + kondensator łatwo daje się zauważyć po wynikach, że współczynnik mocy odbiornika w obwodzie z cewką + kondensator jest większy niż w obwodzie z samą cewką. Ma to duży wpływ na sprawność odbiornika. Kąt w obwodzie z kondensatorem pomimo dość dokładnych pomiarów powinien być mniejszy. Sądzimy, że ta mała rozbieżność cosϕ spowodowana została dużym zakłóceniem w sieci (większy pobór mocy elementów niedociążonych). Analizując wyniki łatwo daje się zauważyć, że przy wzroście wartości skutecznych prądu i napięcia układy (z cewką i cewką + kondensator) były coraz bardziej niedociążone co spowodowało duże wzrosty mocy biernej (niekorzystnej). Po przekroczeniu pewnej granicy natężenia i napięcia wartości impedancji, reaktancji zaczynały maleć.

Analizując wartości otrzymanych wielkości w obwodzie z żarówką doszliśmy do wniosku, że odzwierciedlają one wartości dla idealnego opornika. Wystąpienie znikomej mocy biernej w drugim i trzecim pomiarze spowodowane jest rozgrzaniem przyrządów pomiarowych, co wpłynęło na wystąpienie błędów wskazań przez te mierniki. Błędy te są minimalne i możemy je pominąć.

Przy pomiarze wartości mierzonych w obwodzie z licznikiem energii elektrycznej wystąpił duży błąd poboru mocy dla trzech pomiarów. Spowodowany był on małą dokładnością odczytu i błąd ten proponujemy pominąć ze względu na przybliżone jego wyniki w trzech pomiarach.

2

3

SCHEMAT UKŁADU POMIAROWEGO

---