Электротехника и электроника.Лаб 2
.docМинистерство образования и науки Российской Федерации
Алтайский государственный технический университет
им. И.И. Ползунова
Кафедра общей электротехники
Лабораторная работа №2
«ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ»
Работу выполнил: ст-т гр. ПКМ-31
Новиковский Е.А.
Работу проверил: Коротких В.М..
Оценка________________
Барнаул 2006
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
-
Изучение порядка измерения мощности одним прибором -ваттметром. Изучение принципа действия ваттметра.
-
Выбор номинальных значений тока и напряжения ваттметра для правильного включения его в цепь.
3. Усвоение практических навыков включения ваттметра для измерения мощности, потребляемой всей цепью и участками цепи.
ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
-
Резисторы R1; R2, R3, являющиеся нагрузками.
-
Регулируемый источник напряжения переменного тока (клеммы А' В' стенда).
-
Ваттметр.
-
Вольтметр.
-
Монтажные провода - 8 шт.
ПРОГРАММА РАБОТЫ И УКАЗАНИЯ ПО ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЮ
1. Перед выполнением работы определить расположение источника питания с регулятором напряжения, измерительных приборов, резисторов.
2. Рассчитать полный ток цепи, представленной схемой на рисунке 1.
Рисунок 1
Значения сопротивлений резисторов R1, R2, R3 указаны на стенде. Напряжение на входе цепи U =100 В.
3. На основании расчетного тока и заданного напряжения определить номинальный режим ваттметра - номинальные ток и напряжение (ближайшие наибольшие пределы по току и напряжению).
Рассчитать цену деления ваттметра и установить номинальные напряжения и ток на ваттметре.
4. Убедившись в отсутствии напряжения на стенде (сигнальная лампа стенда "сеть" не горит), выполнить сборку цепи.
5. Проверить установку регулятора напряжения на нуль (ручка регулятора повернута против часовой стрелки до упора).
-
После проверки преподавателем правильности сборки цепи и получения разрешения на включение включить напряжение питания стенда и регулируемый источник напряжения.
-
С помощью регулятора напряжения установить напряжение U = 100 В.
-
Записать показание ваттметра.
-
Установить регулятор напряжения на нуль и выключить источник напряжения и стенд.
10. Данные измерений и вычислений свести в таблицу 1 и показать преподавателю.
Относительную погрешность измерения определяют по формуле
В случае достоверности результатов измерений исследуемую цепь разобрать.
-
Начертить схему изучаемой цепи с включенными в нее ваттметрами, измеряющими мощность отдельно в каждом из трех резисторов.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
РАБОТА И МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА.
Работа, совершаемая при перемещении положительного заряда Q вдоль некоторого неразветвленного участка электрической цепи, не содержащего источников электрической энергии, от точки a до точки b, равна произведению этого заряда на напряжение Uab = U между концами участка: А = QU. При равномерном движении заряда в течение времени t, т. е. постоянном токе Iаb = I, заряд (количество электричества)
Следовательно, произведенная за время t работа
Основной единицей работы в системе СИ служит джоуль (Дж), 1 Дж= 1 В•А•с.
Для оценки энергетических, условий важно знать, сколь быстро совершается работа. Отношением работы А к соответствующему промежутку времени t определяют мощность
Основной единицей мощности в системе СИ является ватт (Вт), 1 Вт = 1 Дж/с =1 В•А. Это мощность, при которой за одну секунду совершается работа в 1 Дж. Кратные единицы измерения мощности: милливатт (мВт), 1 мВт = 1•10-3 Вт; киловатт (кВт), 1 кВт = 1•103 Вт, и мегаватт (МВт), 1 МВт = 1•106 Вт = 1•103 кВт.
Основная единица работы и энергии джоуль часто слишком мала для оценки энергетических установок. Практической единицей измерения электрической энергии служит киловатт-час (кВт•ч), т. е. работа, совершаемая при неизменной мощности 1 кВт в течение 1 ч. Так как 1 Вт•с = 1 Дж, то 1 Вт•ч = 3600Вт-с= = 3600 Дж и 1 кВт•ч = 3 600 000 Дж.
Для резистивных. элементов выражение мощности в цепи постоянного тока можно преобразовать, заменив в нем на основании закона Ома (1.1) напряжение U = r•I, или I = U/r = gU. Получается три выражения мощности резистивного элемента с сопротивлением r в электрической цепи постоянного тока:
БАЛАНС МОЩНОСТЕЙ
В любой электрической цепи должен соблюдаться энергетический баланс — баланс мощностей: алгебраическая сумма мощностей всех источников энергии (в частности источников тока и источников ЭДС или напряжения) равна арифметической сумме мощностей всех приемников энергии (в частности резистивных элементов):
При учете внутренних сопротивлений гвт источников мощность каждого источника UистIист меньше развиваемой источником мощности Е1ИСТ на мощность потерь rвтIвт.
Мощность источника следует считать положительной и записывать в уравнении баланса мощностей со знаком плюс, если положительное направление тока Iист совпадает с направлением действия ЭДС. В противном случае эту мощность следует считать отрицательной и записывать со знаком минус (например, для заряжаемого аккумулятора).
Для любых замкнутых цепей сумма мощностей источников электрической энергии РИ, равна сумме мощностей, расходуемых в приемниках энергии РП. Мощность источников указывает на то, какое количество работы они могут выполнить в электрической цепи каждую секунду. Максимально допустимая мощность приемников это то, что в нормальных условиях может выдержать пассивный элемент. Если превысить допустимую мощность резисторов, обычно указываемую на корпусе, то он может перегреться, его проводящий слой разрушится, почернеет окраска корпуса и деталь выйдет из строя.
Мощность, отдаваемая источниками ЭДС, равна.
где:
U — ЭДС источника (В);
I — ток (А), протекающий через этот источник, причем если положительное направление тока совпадает с направлением ЭДС, в противном случае P = -UI.
Если в резисторе не происходит химических реакций, то мощность выделяется в форме тепла, согласно известному закону Джоуля.
где:
I — постоянный ток (А), протекающий через резистор;
P — мощность потерь, измеряемая в ваттах (Вт);
R — сопротивление резистора (Ом).
Общее количество теплоты, выделяемое током в цепи, не всегда совпадает с соответствующим джоулевым теплом. Так на месте контакта двух различных проводников, помимо джоулева тепла, выделяется также, так называемое тепло Пельтье, зависящее от сторонних ЭДС, определяемых в свою очередь химической природой проводников, их температурой и т.д. При наличии в проводнике градиента температур в нем выделяется еще и теплота Томсона. В большинстве практических случаев при небольших токах теплотой Пельтье и Томсона можно пренебрегать.
Равенство выражений мощностей источников и мощностей приемников называется уравнением баланса мощностей.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
-
R1=57 Ом
R2=46 Ом
R3=100 Ом
U=100 В
-
Найдем общее сопротивление цепи
-
Найдем общий ток в цепи:
-
Подключаем клемму на 2.5 Ампера (т.к. ток менее 2.5А) на ваттметре, переключателем устанавливаем напряжение в 150 В (напряжение в цепи 100 В).
-
Расчет цены деления прибора
-
Найдем токи в ветвях
-
Найдем напряжение на каждом из резисторов
-
Найдем мощность на каждом из элементов
-
Расчет погрешности
-
Баланс мощностей
Номинальные значения напряжения и тока |
Цена деления |
Относительная погрешность измерений |
|||
150 |
2,5 |
2,5 |
140 |
113 |
24 |
Схемы подключения ваттметра
1. Для измерения общей мощности
2. Для измерения мощности на резисторе R1
3. Для измерения мощности на резисторе R2
4. Для измерения мощности на резисторе R3
Вывод:
В данной лабораторной работе было произведено измерение мощности одним прибором – ваттметром. По показаниям прибора потребляемая мощность составляет 140 Ватт, что больше расчетного значения в 113 Ватт. Это можно объяснить большой погрешностью прибора, возможно связанной с его неисправностью, а также различными потерями и другими недостатками цепи.