Metrologia Sprawozdanie ćw 6 - SEMESTR 2 PDF

Preview

Summary

Metrologia Sprawozdanie ćw 6 - SEMESTR 2...

Description

UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNO-RZYRODNICZY IM. J. I J. ŚNIADECKICH W BYDGOSZCZY

WYDZIAŁ TELEKOMUNIKACJI, INFORMATYKI I ELEKTROTECHNIKI

ZAKŁAD METROLOGII I PODSTAW ELEKTROTECHNIKI

LABORATORIUM METROLOGII

SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA NR 6 Temat ćwiczenia: Pomiary prądu napięcia i mocy odbiorników jednofazowych miernikami analogowymi Autor sprawozdania

Grupa ćwiczeniowa 1

Skład grupy ćwiczeniowej:

Data wykonania ćwiczenia 26.06.2020

Podpis autora sprawozdania

Ocena za sprawozdanie

……………………………….

...............................................

Data przyjęcia sprawozdania

Spis treści 1.

Cel ćwiczenia........................................................................................................................3

2.

Spis przyrządów...................................................................................................................3

3.

Przebieg ćwiczenia...............................................................................................................4

3.1.

Pomiar mocy przy bezpośrednim włączeniu mierników..................................................4

3.2. Pomiar mocy przy półpośrednim włączeniu przyrządów i zadanej wartości prądu płynącego przez odbiornik........................................................................................................17 4.

Wnioski..............................................................................................................................23

5.

Literatura...........................................................................................................................24

6.

Załączniki...........................................................................................................................24

2

1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest poznanie własności metody pomiaru mocy czynnej, biernej i pozornej za pomocą woltomierza, amperomierza i watomierza elektrodynamicznego, a w szczególności poznanie: 1) typowych układów połączeń, stosowanych przy pomiarze mocy, 2) wpływu poboru mocy przez przyrządy pomiarowe na dokładność pomiaru, 3) stosowanie przekładników przy pomiarze mocy, 4) wpływu błędów przekładników na dokładność pomiaru mocy czynnej watomierzem elektrodynamicznym.

2. Spis przyrządów 







Watomierz LW-1: - klasa 0,5 - częstotliwość znamionowa 50 Hz - ustrój ferrodynamiczny w osłonie - do pomiarów prądu przemiennego i stałego - Zakresy watomierza: prądowe 5;10 A napięciowe 100; 200; 400 V Woltomierz LE-1: - klasa 0,5 - częstotliwość znamionowa 50 Hz - ustrój elektromagnetyczny - do pomiarów prądu przemiennego. -Przeznaczony do pracy w pozycji poziomej -Zakresy woltomierza: 150; 300 V Amperomierz TLEM-2: -klasa 0,5 -do prądów przemiennych -ustrój elektromagnetyczny w osłonie -Zakresy amperomierza : 5; 10 A -Przeznaczony do pracy w pozycji poziomej Autotransformator AL-2500 - Tolerancja 220V ± 10% 3

  



- częstotliwość znamionowa 50 Hz - Klasa izolacji II -maksymalny prąd sumarycznie ze wszystkich wejść nie może przekroczyć 10 A Bateria kondensatorów połączonych równolegle o pojemności całkowitej 20 µF Grzejnik SANICO z możliwością ustawienia mocy na : 750 W; 1250 W; 2000 W. Przekładnik prądowy 10/5 A -typ JL-4NE -klasa 0,2 -Częstotliwość znamionowa 50 Hz - Zakresy strony pierwotnej: 10; 25; 50 A -Zakres strony wtórnej: 5 A Dławik

3. Przebieg ćwiczenia 3.1. Pomiar mocy przy bezpośrednim włączeniu mierników a) Schematy układów pomiarowych

Rysunek 1 Schemat układu pomiarowego przy bezpośrednim włączeniu mierników i zadanej wartości napięcia na zaciskach [1]

4

Rysunek 2 Schemat układu pomiarowego przy bezpośrednim włączeniu mierników i zadanej wartości prądu płynącego przez odbiornik [1]

gdzie: A - Amperomierz analogowy V- Woltomierz analogowy W- Watomierz analogowy O - Odbiornik Tr – Autotransformator W – Wyłącznik

5

Rysunek 3 Schemat fizycznie połączony do pomiaru przy bezpośrednim włączeniu mierników i zadanej wartości napięcia na zaciskach z odbiornikiem R [ opracowanie własne]

Rysunek 4 Schemat fizycznie połączony do pomiaru przy bezpośrednim włączeniu mierników i zadanej wartości napięcia na zaciskach z odbiornikiem RL [ opracowanie własne]

6

~ 230 V L

N

Rysunek 5 Schemat fizycznie połączony do pomiaru przy bezpośrednim włączeniu mierników i zadanej wartości napięcia na zaciskach z odbiornikiem RLC [ opracowanie własne]

7

~ 230 V L

N

~ 230 V N L

Rysunek 6 Schemat fizycznie połączony do pomiaru przy bezpośrednim włączeniu mierników i zadanej wartości natężenia prądu płynącego przez odbiornik z odbiornikiem R [ opracowanie własne]

Rysunek 7 Schemat fizycznie połączony do pomiaru przy bezpośrednim włączeniu mierników i zadanej wartości natężenia prądu płynącego przez odbiornik z odbiornikiem RL [opracowanie własne]

~ 230 V L N

Rysunek 8 Schemat fizycznie połączony do pomiaru przy bezpośrednim włączeniu mierników i zadanej wartości natężenia prądu płynącego przez odbiornik z odbiornikiem RLC [opracowanie własne] 9

b) Dane przyrządów pomiarowych 

Watomierz: UN = 200 V RWN = 30000 Ω IN = 10 A RWP= 20 mΩ XWP = 2∙ π∙f ∙ L=2 ∙ π ∙ 50 ∙ 16,5 ∙ 10−6=5,181 ≈ 5,18 mΩ



Woltomierz: UN = 300 V RV = 13333 Ω



Amperomierz: IN = 10 A Ra = 20 mΩ XA = Xwp = 5,18 mΩ

c) Wyniki pomiarów

Układ z Rysunku 1

Odbiornik R

UV V

IA A

kW W/dz

α dz

PW W

P 0’ W

Q0’ Var

S0’ VA

cosφ’ -

230

8,30

20

93,2

1864

1864

412

1909

0,976

RL RLC

230 230

8,42 8,50

20 20

95,0 97,4

1900 1948

1900 1948

374 165

1937 1955

0,981 0,996

10

Układ z Rysunku 2

R RL

230 230

8,22 8,56

20 20

93,0 96,8

1860 1936

1860 1936

339 358

1891 1969

0,984 0,983

RLC

230

8,52

20

97,6

1952

1952

172

1960

0,996

d) Przykładowe obliczenia do uzupełnienia Tabeli 1 Moc czynna w tym przypadku równa jest wartości mocy wskazanej na watomierzu, gdyż nie uwzględnia się wpływu rezystancji wewnętrznej przyrządów, stąd: P0' =PW =1864 W

Moc pozorna S0’: '

S 0=U V ∙ I A [ VA ] S 0' =230 ∙ 8,30=1909 VA

Moc bierna Q0’

2 2 Q 0 '= √(U V ∙ I A ) −PW [ Var ] 2 2 Q 0 '= √(230 ∙ 8,30 ) −1864 =412,05 ≈ 412 Var

Wyznaczenie współczynnika cosφ’: Tabela 1 Wyniki pomiarów dla bezpośredniego włączenia przyrządów pomiarowych

'

cos φ =

PW 1864 = =0,97642 ≈ 0,976 U V ∙ I A 230∙ 8,30

e) Wpływ poboru mocy przyrządów dla układów bezpośrednich

11

Układ z Rysunku 1 Układ z Rysunku 2

Odbiornik UV V R 230 RL 230 RLC 230 R 230 RL 230 RLC 230

IA

PW

PA

PWP

PV

PWN

PO

Q0

S0

cosφ

A 8,30 8,42 8,50 8,22 8,56 8,52

W 1864 1900 1948 1860 1936 1952

W 1,35 1,46 1,45

W 1,76 1,76 1,76

W 3,97 3,97 3,97 -

W 1,76 1,76 1,76 -

W 1858 1894 1942 1861 1933 1949

Var 412 375 165 338 358 172

VA 1903 1931 1935 1830 1900 1941

0,976 0,981 1 1 1 1

Tabela 2 Wpływ poboru mocy przyrządów dla układów bezpośrednich

f) Przykładowe obliczenia do Tabeli 2 Dla układu z Rysunku 1:

2

UV [W ] PV = RV PV =

PWN=

2302 =3,9675 ≈ 3,97 W 13333

2 U WN [W ] RWN

2302 =1,7633 ≈ 1,76 W 30000 Moc czynna P0: PWN=

12

2

P0= PW −U V ∙

( R1 + R )[ W ] 1

V

P0=1948 −2302 ∙

WN

1 1 =1942,26 ≈ 1942W + ( 13333 30000 )

PW = PV + PWN + P0 [ W ] PW =3,97 + 1,76 + 1942=1947,73 ≈ 1948 W

Moc pozorna S0:

√

2 2 S 0= ( U V ∙ I A) −( PW ∙ P0) [VA ] 2

S 0=√ ( 230 ∙ 8,50)2−( 19482 −19422 )=1949,02≈ 1949 VA

Moc bierna Q0: 2 2 Q 0= √(U V ∙ I A ) −PW [ Var ]

Q 0= √(230 ∙ 8,50 )2−19482=165,29 ≈ 165 Var

Współczynnik mocy cosφ:

cosφ=

P0 S0

cosφ=

1942 =1,00 1936

Dla układu z Rysunku 2:

2

P A =I A ∙ R A [W ] 13

P A =8,562 ∙ 0,02 =1,46 W P℘=

U 2WN [W ] RWN

P℘=1,76 W 2 P0 = PW − ( P A + P℘) =PW −I A ∙ ( R A + R℘ ) [W ]

P0=1936 −8,562 ∙ ( 0,02+ 0,02 )=1933,06 ≈ 1933W PW =P 0+P A + P℘ [ W ] PW =1933+ 1,46 + 1,76=1936,22 ≈ 1936 W Moc bierna Q0:

√

2

2 2 Q 0= ( U V ∙ I A ) −PW −I A ( X A + X ℘ )[ Var ]

−6 −6 2 2 Q 0= √( 230 ∙ 8,56 ) −1936 −8,56 ∙ ( 5,18 ∙ 10 +5,18 ∙10 )=357,87 ≈ 358 Var 2

Moc pozorna S0: 2 2 S 0=√ P0 −Q 0 [ VA]

S 0=√ 1933 −358 =1899,55 ≈1900 VA 2

2

Współczynnik mocy cosφ:

cosφ=

P0 S0

cosφ=

1933 =1,02 ≈ 1 1900

g) Obliczenie błędów względnych dla metody układów bezpośrednich 14

Odbiornik Układ z Rysunku 1

Układ z Rysunku 2

-

δ'P %

δ'PQ %

δ'PS %

δ'Pφ %

R

0,307

0

0,315

0

RL RLC

0,301

0,267

0,311

0

0,294

0

0,981

0,4

R RL

0,161

0,207·10-3

3,33

1,7

0,155

-3

0,212·10

1,89

1,7

RLC

0,154

0,437·10-3

0,564

0,4

Tabela 3 Błędy względne metody dla układów bezpośrednich

h) Przykładowe obliczenia do Tabeli 3: δ 'P=

PW −P0 ∙ 100 % P0

δ 'P=

3,97 + 1,76 ∙ 100 %=0,307 % 1864

15

2

δ ' PQ =

I A ∙(X A + X ℘) ∙100 % Q0 2

δ ' PQ =

δ PS =

−6

−6

8,22 (5,18 ∙ 10 +5,18 ∙10 ) −3 ∙100 %=0,207 ∙ 10 % 338

S0 '−S 0 1891−1830 ∙100 %=3,33 % ∙ 100 %= 1830 S0

3.2. Pomiar mocy przy półpośrednim włączeniu przyrządów i zadanej wartości prądu płynącego przez odbiornik

a) Schemat układu pomiarowego

Rysunek 9 Schemat układu do pomiary mocy przy półpośrednim włączeniu mierników i zadanej wartości prądu płynącego przez odbiornik [1]

gdzie: A - Amperomierz analogowy V- Woltomierz analogowy W- Watomierz analogowy O - Odbiornik Tr – Autotransformator W - Wyłącznik Pri – przekładnik prądowy 16

~ 230 V N L

~ 230 V L

N LN

Rysunek 10 Schemat fizycznie połączony do pomiaru mocy przy półpośrednim włączeniu mierników i zadanej wartości prądu płynącego przez odbiornik z odbiornikiem R [opracowanie własne]

Rysunek Rysunek 12 Schemat 11 Schemat fizycznie fizycznie połączony połączony do pomiaru do pomiaru mocy przy mocy półpośrednim przy półpośrednim włączeniu włączeniu mierników mierników i zadaneji wartości zadanej prądu wartości płynącego prądu płynącego przez odbiornik przez z odbiornikiem odbiornik RLC z odbiornikiem [opracowanie RL[opracowanie własne] własne]

b) Dane przyrządów pomiarowych 

Watomierz: UN = 200 V IN = 5 A RWN = 30000 Ω RWP= 63 mΩ



Woltomierz: UN = 300 V RV = 13333 Ω



Amperomierz: IN = 5 A Ra = 63 mΩ



Przekładnik prądowy: IN = 10 A PIZN = 5 W

c) Wyniki pomiarów

Tabela 4 Wyniki pomiarów dla półpośredniego włączenia przyrządów pomiarowych Odbiornik -

R RL RLC

UV

IA

ki

IO

kw

α

PW

PO’

PA

PWP

PPI

PO

QO

SO

cos φO

V

A

-

A

W/d z

dz

W

W

W

W

W

W

Var

VA

-

230 4,06 10/5 8,12

10

230 4,13 10/5 8,26

10

230 4,20 10/5 8,40

10

187 186 1,04 1,04 13,2 6 1 188 186 94,2 942 1,07 1,07 13,6 4 8 194 195 1,11 1,11 14,1 97,8 978 6 0 93,8 938

d) Przykładowe obliczenia dla Tabeli 4 Wartość przekładni znamionowej i przekładni rzeczywistej: 18

δP %

186 0,82 1,00 1 8 190 0,98 345 1,69 0 3 193 176 1,00 1,24 2

160

I 1 10 k i= = =2 I2 5

Moc przekładnika:

(

)

I A ∙ k izn 2 PPI =P izn ∙ [W ] I 1 zn PPI =5∙

(

)

4,06 ∙ 2 2 =13,187 ≈13,2 W 5

Moc czynna przyrządów pomiarowych: 2

P A =I A ∙ R A [W ] P A =4,062 ∙ 0,063=1,0384 ≈ 1,04 W P℘=P A =1,04 W Moc czynna odbiornika: P0' =PW ∙ k i [ W ] '

P0 =938 ∙ 2=1876 W

P0= PW ∙ K − ( P A + P℘+ PPI )[ W ]

P0=938 ∙ 2− (1,04 +1,04 + 13,2 ) =1860,72 ≈ 1861W

Moc pozorna odbiornika:

S 0=U V ∙ I A ∙ k i [VA ] S 0=230 ∙ 4,06 ∙ 2=1867,6 ≈ 1868 VA 2 2 Q 0 = √ S0 −P 0 [ Var ]

19

2 2 Q 0= √1867,6 −1860,72 = 160,15 ≈ 160 Var

Współczynnik mocy cosφ:

cos φ=

P0 S0

cos φ=

1860,72 =0,99630 ≈ 0,996 1867,6

Obliczenie popełnionego błędu podczas przyjęcia wartości przybliżonej: ∆ P=

P0 '−P 0 ∙100 % P0

δP=

1876−1860,72 ∙100 %=0,8211 ≈ 0,821% 1860,72

4. Wnioski  



 

Przekładnik prądowy zwiększa zakres pomiarowy mierników. Z przeprowadzonych pomiarów i obliczeń wynika, że dokładniejszym układem pomiarowym był układ z zadaną wartością prądu, gdyż błędy spowodowane nieuwzględnieniem poboru mocy są mniejsze niż w przypadku układu z zadanym napięciem na zaciskach. Przy półśrednim włączeniu mierników przy zadanej wartości prądu otrzymujemy bardzo dokładny wynik mocy odbiornika, gdyż uwzględnia się w nim pobory mocy przez mierniki jak i straty samego przekładnika. Cewka lub kondensator włączone równolegle w układ z odbiornikiem zmieniają stosunek mocy czynnej do biernej. Urządzenia pomiarowe podłączone do układu pomiarowego mają swoją rezystancje a więc maja wpływ na wyniki pomiarów. Przez tą rezystancje wewnętrzną urządzeń występują straty mocy w układzie.

20

5. Literatura [1] Instrukcja do ćwiczenia nr. 6 „POMIARY PRĄDU NAPIĘCIA I MOCY ODBIORNIKÓW JEDNOFAZOWYCH MIERNIKAMI ANALOGOWYMI” Zakład Metrologii i Podstaw Elektrotechniki Wydział Telekomunikacji, Informatyki i Elektrotechniki ; UTP

6. Załączniki [1]- Protokół z zajęć

21...