Методические указания к выполнению лабораторных и самостоятельных работ для студентов 2-курса бакалавриата направлений образования 5310600

Прямое измерение активной и реактивной мощности при различных видах нагрузки
Прямые измерения мощности осуществляются ваттметрами

Рис. 8.3. Схема ваттьтметра

Полная мощность переменного тока определяется косвенным методом на основании измерений напряжения и тока. Расчет по формуле: Р = U I

Активная мощность – это средняя за период синусоиды значение мгновенной мощности
где – угол сдвига между напряжением и током в цепи, U и I - действующие значения напряжения и тока. При cos =
Порядок проведения эксперимента:
Используя соединительные провода-перемычки собрать поочередно схемы изображенные на рис. 8.3.
Источник переменного напряжения U₁ – регулируемый автотрансформатором стенда. Нагрузка Рн равна двум параллельно соединенным 100 Ом минимодулям. Ток в цепи желательно выставлять не более 0,2 А, а максимальная мощность резисторов минимодулей дана в техническом описании стенда.
Внимание! В данном стенде применен ваттметр, совмещенный с фазометром, который расположен на стенде он измеряет полную мощность.
Занести показания ваттметра и фазометра в произвольно составленную таблицу (пример: табл. 8.1).
Произвести расчет активной, реактивной, полной мощности
По результатам прямых измерений полной мощности, тока и напряжения в нагрузке можно рассчитать следующие параметры
Полная мощность
Реактивная мощность
Фазовый сдвиг
Для активной нагрузки должно быть:
полная мощность S = Р = U I,
реактивная мощность Q = 0,
фазовый сдвиг cos =1
Используя соединительные провода-перемычки, собрать поочередно схему, учитывая, что необходимо исследовать 3 вида схем: с активной, индуктивной и емкостной нагрузками и повторить все измерения.
Таблица 8.1
Показания приборов

	Нагрузка R	Нагрузка L	Нагрузка С
U
I
P
F

Коэффициент мощности – безразмерная физическая величина, являющаяся энергетической характеристикой электрического тока. Коэффициент мощности характеризует приёмник электроэнергии переменного тока, а именно степень линейности нагрузки, равен отношению потребляемой электро приёмником активной мощности к полной мощности. Активная мощность расходуется на совершение работы. Полная мощность – геометрическая сумма активной и реактивной мощностей (в случае синусоидальных тока и напряжения). В общем случае полную мощность можно определить как произведение действующих (среднеквадратических) значений тока и напряжения в цепи. Полная мощность равна корню квадратному из суммы квадратов активной и неактивной мощностей. В качестве единицы измерения полной мощности принято использовать вольт-ампер (ВА) вместо ватта (Вт).

Согласно неравенству Коши-Буняковского, активная мощность, равная среднему значению произведения тока и напряжения, не превышает произведения соответствующих среднеквадратических значений. Поэтому коэффициент мощности принимает значения от нуля до единицы (или от 0 до 100 %).
Коэффициент мощности математически можно интерпретировать как косинус угла между векторами тока и напряжения. Поэтому в случае синусоидальных напряжений и тока величина коэффициента мощности совпадает с косинусом угла, на который отстоят соответствующие фазы. В электроэнергетике для коэффициента мощности приняты обозначения cos (где – сдвиг фаз между силой тока и напряжением) либо Л. Когда для обозначения коэффициента мощности используется Л, его величину обычно выражают в процентах.
При наличии реактивной составляющей в нагрузке кроме значения коэффициента мощности иногда также указывают характер нагрузки: активно ёмкостный или активно-индуктивный. В этом случае коэффициент мощности соответственно называют опережающим или отстающим.
В случае синусоидального напряжения, если нагрузка не имеет реактивной составляющей, коэффициент мощности равен доле мощности первой гармоники тока в полной мощности, потребляемой нагрузкой, и равен коэффициенту искажений тока.
Значение коэффициента мощности в сетях однофазного переменного тока можно определить по показаниям вольтметра, амперметра и ваттметра согласно формуле

Теми же приборами коэффициент мощности в сетях трехфазного тока с равномерной нагрузкой можно определить по формуле

где U и I – линейные напряжение и ток; – угол сдвига между фазными напряжением и током.
Среднее значение коэффициента мощности cos за определенный промежуток времени можно определить по показаниям счетчиков активной и реактивной энергии за то же время согласно формуле

где А_а – активная энергия;
А_р – реактивная энергия.
Мгновенное значение коэффициента мощности на практике определяют при помощи специальных приборов – фазометров.
Порядок проведения эксперимента:



Pис. 8.4. Смеха при различных видах нагрузки

В данном стенде измерения угла сдвига фаз измеряется фазометром, расположенным в непосредственной близости с ваттметром.

Используя соединительные провода-перемычки и элементы нагрузки собрать поочередно, в зависимости от характера нагрузки, схемы, изображенные на рис.1.
Источник переменного напряжения U1–регулируемый автотранс-форматором стенда. Нагрузки Rн=50 Ом (три параллельно соединенных минимодуля по 150 Oм), L_Н=150 мГн, Сн=20 мкФ, расположены на наборном поле. Ток в цепи желательно выставлять не более 0,25 А.
Произвести теоретические расчеты коэффициента мощности с данными элементами.
Занести показания фазометра и ваттметра в произвольно составленную таблицу.
Сравнить теоретические и практические данные.