INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 7. Pomiar mocy czynnej, biernej i cosφ

Transkrypt

1 INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 7 Pomiar mocy czynnej, biernej i cosφ Wstęp Układy elektryczne w postaci szeregowego połączenia RL, podczas zasilania z sieci napięcia przemiennego, pobierają moc czynną, bierną i pozorną. W przypadku sinusoidalnego przebiegu prądu i napięcia, poszczególne składniki mocy można wyrazić wzorami: - moc czynna P = U Icosϕ gdzie: U wartość skuteczna napięcia zasilającego odbiornik, I wartość skuteczna prądu płynącego przez odbiornik, φ kąt przesunięcia fazowego pomiędzy prądem i napięciem. - moc bierna - moc pozorna Q = U Isin ϕ lub Q = S 2 P 2 S=U I 20 napięcie 10 prąd 0 czas [s] φ -20 Przebieg prądu i napięcia wraz z zaznaczonym kątem przesunięcia fazowego. PRZEBIEG ĆWICZENIA 1. Pomiar mocy czynnej, biernej i cosφ dla różnych wartości napięcia zasilającego Za pomocą mierników analogowych należy dokonać pięciu pomiarów wartości napięć, prądów i mocy czynnej w układzie przedstawionym na poniższym rysunku. Zmiana wartości napięcia zasilającego odbywa się przez zmianę położenia suwaka opornika 150 Ω. Napięcie z zasilacza doprowadzamy do zacisków leżących na dwóch końcach opornika suwakowego (zaciski koloru czarnego). Napięcie podawane na przyrządy pomiarowe i odbiornik RL pobieramy z zacisków leżących na tym samym krańcu opornika suwakowego (zacisk brązowy oraz zacisk czarny). Pomiary rozpoczynamy od wartości napięcia równej ZERO. Wtedy suwak rezystora znajduje się na krańcu opornika, gdzie znajdują się dwa zaciski. Zacisk suwaka jest w kolorze brązowym. W odbiorniku wartość rezystancji ustawiamy na około 20 Ω wtedy suwak należy ustawić w środkowym położeniu na rezystorze 47 omów.

2 Rezystor suwakowy Należy pamiętać o ustawieniu maksymalnych zakresów pomiarowych mierników zanim włączymy układ do sieci. Zakresy mierników ustawiamy więc na: Amperomierz 600 ma, Woltomierz 60 V, Watomierz 1 A, 400 V. W razie potrzeby można po rozpoczęciu pomiaru zwiększyć czułość przyrządów czyli zmniejszyć zakres pomiarowy mierników. W przypadku watomierza podczas wyboru zakresów prądowego i napięciowego należy kierować się wskazaniami amperomierza i woltomierza. Wartości mierzone za pomocą mierników określamy na podstawie ich wskazań. Np. amperomierz ma zakres pomiarowy 600 ma i 100 działek na skali. Stała amperomierza wynosi więc zakres 600 k A = = = 6 ma / dz l.dzialek 100 Jeżeli wskazówka wychyli się np. na 34 działki to wartość skuteczną płynącego prądu przemiennego możemy obliczyć ze wzoru I = wskazanie*k A = 34*6= 204 ma W przypadku watomierza o zakresie prądowym 0.5 A, zakresie napięciowym 50 V, stała wynosi zakres pradowy*zakres napieciowy 0.5*50 k W = = = 0.25 W / dz liczba dzialek 100

3 Układ pomiarowy. Gwiazdki oznaczają początek cewki prądowej i napięciowej. Pomiary wykonujemy dla następujących warunków: - suwak rezystora 47 omów ustawiamy w połowie szerokości opornika uzyskując w ten sposób rezystancję odbiornika około 20 omów, - zmieniamy wartość napięcia zasilającego od 0 do 24 V, wykonując 5 pomiarów, - pomijamy straty mocy w przyrządach pomiarowych, - zakładamy sinusoidalny przebieg prądu i napięcia, - dokonujemy pomiaru mocy czynnej, napięcia i prądu, pamiętając o wybraniu maksymalnego zakresu mierników przed rozpoczęciem pomiarów, - obliczamy pobór mocy biernej oraz cosφ odbiornika. Wyniki pomiarów możemy zapisać w tabeli watomierza Moc czynna P [W] amperomierza Wartość skuteczna prądu I [A] woltomierza Wartość skuteczna napięcia U [V] Moc pozorna S [VA] Moc bierna Q [VAr] cosφ [-] W przypadku małych napięć zasilających moc czynna wydzielająca się w odbiorniku także jest mała. Może to prowadzić do sytuacji w której wskazania watomierza będą wynosiły kilka działek. Można wtedy wykorzystać inny układ pomiarowy w którym możemy także zmierzyć wartość mocy pozornej i cosφ. Pomijając spadki napięcia na rezystancji uzwojenia cewki odbiornika oraz składową czynną prądu, która reprezentuje straty mocy w rdzeniu (większość strat mocy to straty w oporniku suwakowym), można narysować schemat wektorów prądu i spadków napięć przedstawiony poniżej.

4 Układ wektorów prądu i spadków napięć Można wtedy napisać wzory UR cos ϕ= U gdzie: U R wartość skuteczna napięcia na rezystancji (na rezystorze suwakowym), U wartość skuteczna napięcia na całym odbiorniku RL. Moc czynną, pozorną i bierną możemy obliczyć według wzorów opisanych na początku instrukcji. Można wtedy wykorzystać układy przedstawione poniżej Układ 1 Układ 2 Postępujemy w następujący sposób: - w układzie 1 ustawiamy wartość napięcia zasilającego za pomocą rezystora 150 omów, - mierzymy wartość prądu płynącego przez układ oraz wartość napięcia na odbiorniku RL, - wyłączamy układ zasilacza z sieci, - przełączamy woltomierz tak jak w układzie 2, - włączamy zasilacz do sieci i opornikiem 150 omów ustawiamy tę samą wartość prądu co w punkcie drugim, - mierzymy wartość napięcia na oporniku 47 omów.

5 Wyniki zapisujemy w tabeli amperomierza Wartość skuteczna prądu I [A] woltomierza układ 1 Wartość skuteczna U [V] napięcia U 1 - układ 1 woltomierza układ 2 Wartość skuteczna U [V] napięcia U 2 - układ 2 Moc pozorna S [VA] S = I U 1 cosφ [-] Moc czynna P [W] Moc bierna Q [VAr]