Лабораторная работа Определение работы и мощности в цепях однофазного переменного тока

Лабораторная работа №3 

Тема: Определение работы и мощности в цепях однофазного переменного тока

Цель работы – ознакомиться с приборами (счетчиком и ваттметром), применяемыми для учета электроэнергии и измерения мощности, потребляемой в цепи однофазного переменного тока, а также со схемами их включения. Измерить общую силу тока и напряжение на отдельных участках цепи.

Оборудование: комбинированный прибор 43101; РV1- комбинированный прибор Ц 4342; R - резистор, 100 Ω; трансформатор TV1, выводы 1 – 3; С1 — конденсатор 0,1 μF.

Краткие теоретические сведения

Полную электрическую мощность можно измерить при помощи вольтметра и амперметра. Измерять активную мощность в цепи однофазного переменного тока можно двумя методами: включением в цепь специального электроизмерительного прибора — ваттметра (рисунок 3.1 или трех электроизмерительных приборов — вольтметра, амперметра и фазометра). Во втором случае мощность подсчитывают перемножением показаний все трех приборов.

 

Рисунок 3.1 — Схема включения однофазного ваттметра

Ваттметр снабжен двумя катушками: токовой, включаемой последовательно с потребителями, по которой проходит весь измеряемый ток (точно так же, как по катушке амперметра), и напряжения с добавочным сопротивлением, которая включена также, как вольтметр, т. е. — показания ваттметра — это произведение трех величин: напряжения U, силы тока I и коэффициента мощности соs φ. 

При подключении зажимов ваттметра к измеряемой цепи необходимо соединить начала и концы его обмоток в соответствии с направлением электрической энергии от генерирующей станции к потребителю. Начала (генераторные зажимы) ваттметров обозначают звездочкой. Если нарушить этот порядок, стрелка ваттметра будет отклоняться в противоположную сторону.

Порядок выполнения работы:

1.Собрать схему согласно рисунку 3.2

2.   Подключить схему к клеммам А и 0 трехфазного генератора;

 

Рисунок 3.2 – Электрическая схема

3.   Измерить силу тока I, напряжение U  на контуре,  падение напряжения на емкостном U_с , индуктивном U_к  и активном U_а  сопротивлениях;

4.   Результаты измерений занести в таблицу;

5.   Вычислить 

-   полное сопротивление катушки индуктивности Z_L по формуле 

 

-   измерить активное сопротивление катушки индуктивности  - индуктивное сопротивление катушки по формуле:

 

-   активное сопротивление электрической цепи

𝑅_𝑎 = 𝑅 + 𝑅_к

-   емкостное сопротивление

 

-   падения напряжения на активном и реактивных сопротивлениях 

𝑈_𝑅 = 𝐼 ∙ 𝑅_𝑎;         𝑈_𝐿 = 𝐼 ∙ 𝑋_𝐿;       𝑈_𝐶 = 𝐼 ∙ 𝑋_𝐶       

-   активную мощность, потребляемую в электрической цепи 𝑃 = 𝑈_𝑅 ∙ 𝐼

-   реактивную мощность электрической цепи 

𝑄 = 𝐼 ∙ (𝑈_𝐿 − 𝑈_𝐶)

-   полную мощность цепи     𝑆 = 𝑈 ∙ 𝐼

-   угол сдвига фаз в цепи 

 

-   работу электрического тока за время  t=10 минут по формуле:

 

6.   Результаты расчетов занести в протокол. 

Таблица 3.1 – Протокол измерений и вычислений

Измерено

Вычислено

I

U

Uс

Uк

Uа

ZL

XL

Rа

Xc

UR

UL

UC

P

Q

S

cos φ

φ

А

В

В

В

В

Ом

Ом

Ом

Ом

В

В

В

Вт

ВАр

ВА

7.   По результатам измерений и расчетов построить векторную диаграмму цепи, треугольники сопротивлений и мощностей 

8.Сделать вывод по работе.

Контрольные вопросы

1.   Что такое активная и реактивная мощности однофазной цепи переменного тока и в каких единицах их измеряют?

2.   Чему равна полная мощность однофазной цепи переменного тока и в каких единицах ее измеряют?

3.   Что такое коэффициент мощности?

4.   Какими приборами помимо амперметра и вольтметра можно измерить электроэнергию?

5.   Преимущества электронных счетчиков по сравнению с индукционными?

Содержание отчета

1.                 Наименование, номер, тема и цель лабораторной работы

2.                 Перечень оборудования

3.                 Схема, порядок работы, расчеты.

4.                 Протокол с результатами вычислений

5.                 Построенные векторная диаграмма цепи, треугольники сопротивлений и мощностей 

6.                 Вывод по работе

7.                 Ответы на контрольные вопросы