Электротехника и электроника.Лаб 2

Министерство 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

1. Изучение порядка измерения мощности одним прибором -ваттметром. Изучение принципа действия ваттметра.

2. 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

1. Резисторы R_1; R₂, R₃, являющиеся нагрузками.

2. Регулируемый источник напряжения переменного тока (клем­мы А' В' стенда).

3. Ваттметр.

4. Вольтметр.

5. 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).

6. После проверки преподавателем правильности сборки цепи и получения разрешения на включение включить напряжение питания стенда и регулируемый источник напряжения.

7. С помощью регулятора напряжения установить напряжение U = 100 В.

8. Записать показание ваттметра.

9. 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.

11. 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 U_ab = U между концами участка: А = QU. При равномерном движении за­ряда в течение времени t, т. е. постоянном токе I_аb = 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 г_вт источников мощность каждого источника U_истI_ист меньше развиваемой источником мощности Е1_ИСТ на мощность потерь r_втI_вт.

Мощность источника следует считать положительной и записывать в уравнении баланса мощностей со знаком плюс, если положи­тельное направление тока I_ист 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 Р_И, равна сумме мощностей, расходуемых в приемниках энергии Р_П. 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

1. Найдем общее сопротивление цепи

2. Найдем общий ток в цепи:

3. 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).

4. Расчет цены деления прибора

5. Найдем токи в ветвях

6. Найдем напряжение на каждом из резисторов

7. Найдем мощность на каждом из элементов

8. Расчет погрешности

9. 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.