ćwiczenie 2 - Politechnika Rzeszowska

Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Laboratorium Metrologii I. 2011/12
Politechnika Rzeszowska
Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Grupa
1…………….....................
Data
kierownik
Laboratorium Metrologii I
2.........................................
Nr ćwicz.
Ocena
3.........................................
Pomiary mocy i energii elektrycznej
12
4.........................................
I. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie wybranych układów do pomiaru mocy czynnej, biernej
i pozornej odbiorników jednofazowych oraz zasady działania jednofazowego indukcyjnego licznika
energii elektrycznej.
II. Zagadnienia
1. Budowa, działanie i właściwości pomiarowe elektromechanicznych i elektronicznych
przetworników mocy.
2. Definicja stałej znamionowej i stałej rzeczywistej licznika.
3. Obliczanie: stałej podziałki watomierza, dopuszczalnej przeciążalności obwodów napięciowego i
prądowego, wyniku i niedokładności pomiaru.
4.
5.
6.
7.
Układy do pomiaru mocy czynnej, biernej i pozornej w sieci jednofazowej.
Cel i metody kompensacji mocy biernej indukcyjnej odbiornika prądu przemiennego.
Schemat uproszczony budowy licznika indukcyjnego i elektronicznego energii elektrycznej.
Budowa i właściwości przetwornika hallotronowego.
III. Program ćwiczenia
1. Zestawić układ do pomiaru mocy i energii pobieranej przez jednofazowy indukcyjny silnik
asynchroniczny przetwornicy dwumaszynowej. W układzie pomiarowym włączono tablicowy
przetwornik parametrów sieci energetycznej typu PP9 współpracujący z mikrokomputerem klasy
PC, tablicowe przyrządy do pomiaru: napięcia, prądu, częstotliwości, przesunięcia fazy, licznik
energii elektrycznej. Układ należy uzupełnić o dwa watomierze W1, W2. W czasie łączenia
przyrządów należy zwrócić uwagę na sposób łączenia obwodów prądowych (rezystancja
połączeń musi być stabilna i mała - widełki) oraz należy zwrócić uwagę na podłączenie obwodu
napięciowego i prądowego w watomierzach realizujących odpowiednio W1 pomiar mocy czynnej
oraz W2 pomiar mocy biernej. Zanotować parametry zastosowanych przyrządów. Ustawić
zakresy pomiarowe przyrządów stosownie do mierzonych wartości. Zapisać dopuszczalne
wartości napięć i prądów zastosowanych zakresów przyrządów. Włączyć komputer i uruchomić
program do wizualizacji parametrów sieci energetycznej - LabVIEW. W układzie jest
zamontowany przekaźnik o opóźnionym przełączeniu, który zwiera obwody prądowe po
wyłączeniu układu, a rozwiera z opóźnieniem kilku sekund od włączenia napięcia zasilającego.
Po sprawdzeniu układu przez prowadzącego, włączyć zasilanie. Po pewnym czasie samoczynnie
następuje rozwarcie obwodów prądowych, odczytać wartość natężenia prądu i sprawdzić
str. 1
Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Laboratorium Metrologii I. 2011/12
poprawność doboru zakresów prądowych amperomierza i watomierzy. Jeżeli watomierz W2
mierzący moc bierną wychyla się w przeciwną stronę, należy wyłączyć zasilanie układu i zmienić
miejscami dołączone fazy S i T do jego zacisków napięciowych i powtórnie załączyć napięcie.
Pomiar przetwornikiem PP9 uruchomić na czas np.n=10 obrotów tarczy licznika energii
elektrycznej ikoną „pomiar wielokrotny” i zatrzymać pomiar ikoną „stop”, zapisać czas np. dla
n=10 obrotów tarczy zmierzony przetwornikiem PP9 . Odczytać i zapisać w tabeli wskazania
mierników tablicowych i z ekranu komputera obsługującego pracę przetwornika PP9, dla
odbiornika pracującego w stanie: jałowym i obciążenia. Obciążenie silnika włącza się
przełącznikiem na „zestawie silnik-prądnica” ustawiając go w pozycję 1. Wartość obciążenia reguluje
się, przez zmianę prądu wzbudzenia bocznikowej prądnicy prądu stałego G, za pomocą dostępnego
pokrętła potencjometru na „zestawie s-p”.
2. Opracować wyniki pomiarów. Obliczyć: dla obu stanów pracy silnika moc czynną, bierną
i pozorną na podstawie pomiarów napięcia, prądu i cos oraz pobraną energię czynną w zadanym
czasie. Porównać wyniki obliczeń z wynikami uzyskanymi z pomiarów.
3. Obliczyć wartość pojemności kondensatora energetycznego poprawiającego współczynnik mocy
odbiornika w stanie obciążenia od wartości cos do cos' (np. 0,95) i włączyć go do układu. Po
włączeniu zasilania i rozwarciu obwodów prądowych przyrządów odczytać wskazania mierników
dla odbiornika w stanie jałowym (1) i w stanie obciążenia (2). Zaobserwować wskazania
odpowiednich wartości mierników tablicowych i przetwornika PP9. Wyciągnąć wnioski.
4. UWAGA
W obliczeniach należy uwzględnić przekładnik, który jest włączony w obwód prądowy PP9, A2
i W2
IV. Przebieg ćwiczenia
1. Protokół pomiarów mocy czynnej, biernej i energii odbiornika jednofazowego
1.1.
Układ pomiarowy i spis przyrządów
PDM przetwornica dwumaszynowa z jednofazowym silnikiem M i prądnicą G
parametry silnika M:
typ
numer
napięcie znam.
str. 2
prąd znam.
Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Laboratorium Metrologii I. 2011/12
moc znamionowa
znam. wsp. mocy
częstotliwość
znamionowa
znam. prędkość
obrotowa
klasa dokładności kl
średnica tarczy d =
80mm
Licznik -licznik indukcyjny:
symbol przetwornika
stała znamionowa
licznika C
zakres prądowy
napięcie pracy
V1 woltomierz tablicowy typ
symbol przetwornika
zakres Un
znamionowa liczba
działek n
klasa dokładności klV
znamionowa liczba
działek n
klasa dokładności
A1 amperomierz tablicowy typ
symbol przetwornika zakres In:
W1, W2 watomierz DP 5
znamionowa
błąd podstawowy
liczba ziaren
Pn=±3kW
P=(0-140%)Pn
klA
zakresy prądowe
In=5A
I=(0-120)%In
zakresy nap.
Un=400V
U=(0-120)%Un
PP9 - Przetwornik Programowalny Parametrów Sieci Energetycznej
zakres pomiaru
napięcia
błąd podstawowy
w przedziale zakresu
przedział zakresu
napięciowego
pasmo częstotliwości
zakres pomiaru prądu
błąd podstawowy
w przedziale zakresu
przedział zakresu
prądowego
pasmo częstotliwości
zakres pomiaru mocy
czynnej
błąd
podstawowy
w przedziale
zakresu
przedział
zakresu mocy
przedział
zakresu
napięciowego
przedział
zakresu
prądowego
zakres pomiaru mocy
pozornej
błąd
podstawowy
w przedziale
zakresu
przedział
zakresu mocy
przedział
zakresu
napięciowego
przedział
zakresu
prądowego
str. 3
Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Laboratorium Metrologii I. 2011/12
zakres pomiaru mocy
biernej
błąd
podstawowy
w przedziale
zakresu
przedział
zakresu mocy
przedział
zakresu
napięciowego
zakres pomiaru cos
błąd podstawowy w
przedziale zakresu
przedział zakresu
napięciowego
przedział zakresu
prądowego
zakres
częstościomierza
błąd podstawowy
w przedziale zakresu
przedział zakresu
napięciowego
czas uśredniania
Pomiar czasu
rozdzielczość
błąd podstawowy
błąd czasu
reakcji
Z PP9
1
+-10-8%
+-20ms
Tp - laboratoryjny przekładnik prądowy
prądy
typ
znamionowy
pierwotne
prąd wtórny I2n
I1n
Przekładnia 
przedział
zakresu
prądowego
Błąd przekładni
1.2.Wyniki pomiarów i obliczeń
Dopuszczalna przeciążalność obwodów przetwornika PP9:
obwód napięciowy
Un [
]
Udop [
obwód prądowy
]
In [
]
Idop [
]
Wartości odczytane z analogowych mierników tablicowych i licznika:
Stan
silnika
CzęstoWolto- ampero
ściomierz
mierz
mierz
U V]
I [A]
wsp.
mocy
cos
[Hz]
Watomierz
W1
Watomierz
W2
[W]
[W]
-
liczba
obr.
tarczy
licznika
n
jałowy
10
obciąż.
10
E  n C 
Wartości odczytane z przetwornika PP9:
Stan
Qx
U [V] Ix [A] Px [W]
silnika
[VAr]
S
[VA]
jałowy
obciąż
str. 4
cos
f [Hz]
R []
czas
energia
E
[s]
[kWh]
X []
Z []
Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Laboratorium Metrologii I. 2011/12
Przykłady obliczeń.
Obliczenia na podstawie wskazań mierników tablicowych: A1, V1, cos:
P  U  I  cos  
Q  U  I  1  cos  2 
S U  I 
E  U  I cos   t 
Obliczenia ze wskazań watomierzy W1 i W2
P  P (W 1) 
Q
1
S
P 2  Q2 
3
cos  
 P (W 2)   
P

S
E  P (W 1)  t 
Obliczenia na podstawie wskazań przetwornika parametrów sieci PP9
P  Px   
Q  Qx   
S  S x  
I  I x  
 - przekładnia przekładnika prądowego (w ćwiczeniu włączono K - L4 -  = 2)
Porównanie wyników pomiarów z przyrządów tablicowych i PP9 (odczyt z PP9 po uwzględnieniu
przekładni =2):
stan jałowy
P[
] Q[
] S[
]
stan obciążenia
cos
E
[
mierniki
tablicowe
Watomierze
W1 i W2
przetwornik
PP9, licznik
str. 5
P
]
[
Q
]
[
S
]
[
E
cos
]

[
]
Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Laboratorium Metrologii I. 2011/12
Pojemność kondensatora energetycznego kompensującego moc bierną:
C
P  tg  tg '

 U 2
Parametry układu przed i po kompensacji mocy biernej (odczyt z PP9 po uwzględnieniu przekładni
=2):
przed kompensacją
I[
]
P[
]
Q[
]
po kompensacji
cos

I[
]
P[
]
Q[
]
cos'

Wnioski:
V. Pytania kontrolne:
1. Przedstawić zasadę pomiaru mocy czynnej za pomocą watomierza - układy
PMN i PMP.
2. Jakie mierniki powinny być stosowane dodatkowo z watomierzem w układach pomiarowych?
Wyjaśnić dlaczego.
3. Przedstawić zasadę pomiaru mocy biernej przy pomocy watomierza.
4. Przedstawić zasadę pomiaru mocy pozornej przy pomocy woltomierza i amperomierza.
5. Omówić cel i sposoby kompensacji mocy biernej.
VI. Literatura
1. Dyszyński J. : Metrologia elektryczna i elektroniczna. WPRz Rzeszów, 1989.
2. Kuśmierek Z.: Pomiary mocy i energii w układach elektro-energetycznych WNT,
Warszawa, 1994.
3. Chwaleba A. i inni: Metrologia elektryczna, Warszawa: WNT, 1994r
4. Parchański J.: Miernictwo elektryczne i elektroniczne - Warszawa: WSiP, 1997r.
5. Rylski A.: Metrologia II prąd zmienny, Rzeszów, OWPRz, 2006.
str. 6