temat: pomiary mocy w jednofazowym obwodzie prądu przemiennego
advertisement
Technikum Łączności im. Obrońców Poczty Polskiej w Gdańsku Pracownia elektryczna i elektroniczna ---------------------------------------------------------------------------------- ZESPÓŁ SZKÓŁ ŁĄCZNOŚCI w Gdańsku Technikum Łączności im. Obrońców Poczty Polskiej w Gdańsku Pracownia elektryczna i elektroniczna (zestaw instrukcji przeznaczonych dla klasy drugiej technikum) Obwody prądu przemiennego opracował mgr inż. Romuald Borowczyk Gdańsk 2003 Technikum Łączności im. Obrońców Poczty Polskiej w Gdańsku Pracownia elektryczna i elektroniczna ---------------------------------------------------------------------------------- 1. Tematy ćwiczeń - Pomiar mocy w jednofazowym obwodzie prądu przemiennego. - Badanie dławika. - Badanie transformatora jednofazowego. 2. 3. Cel ćwiczeń poznanie rodzajów mocy występujących w obwodach prądu przemiennego, poznanie sposobów ich pomiaru i obliczania, poznanie zasad kompensacji mocy biernej indukcyjnej, poznanie zasad analizy obwodu elektrycznego z elementem o nieliniowej charakterystyce napięciowo-prądowej (dławik), wyrobienie umiejętności wyznaczania parametrów elektrycznych dławika jako przygotowanie do badania transformatora, poznanie budowy i praktycznego zastosowania transformatorów jednofazowych, poznanie charakterystycznych parametrów transformatora oraz zasad wykonywania pomiarów w celu ich wyznaczania, wyrobienie umiejętności praktycznego badania transformatora. Zakres materiału obowiązujący ucznia - pojęcie mocy czynnej, biernej i pozornej, - podstawowe wzory i zależności związane z obliczaniem mocy prądu przemiennego, - trójkąt mocy, - przesunięcia fazowe pomiędzy prądem i napięciem na elementach rezystancyjnych, reaktancyjnych indukcyjnych i pojemnościowych, - pojęcie kompensacji mocy biernej indukcyjnej, - pętla histerezy materiałów ferromagnetycznych, - budowa i zasada działania transformatora jednofazowego. 4. Literatura - M.Pilawski : Pracownia elektryczna, WSiP’89 - M.Pilawski : Fizyczne podstawy elektrotechniki, WSiP’87 - S.Bolkowski : Podstawy elektrotechniki, WSiP’90 Opracował : mgr inż. Romuald Borowczyk 2 Technikum Łączności im. Obrońców Poczty Polskiej w Gdańsku Pracownia elektryczna i elektroniczna ---------------------------------------------------------------------------------- TEMAT: POMIARY MOCY W JEDNOFAZOWYM OBWODZIE PRĄDU PRZEMIENNEGO Cel ćwiczenia - poznanie sposobów pomiaru i obliczania mocy w obwodzie prądu przemiennego (mocy czynnej , biernej i pozornej), - poznanie zasad kompensacji mocy biernej indukcyjnej. Zadania pomiarowe 1. Połączyć układ pomiarowy wg rys.1. 2. Zmieniając wartość napięcia zasilającego autotransformatorem wykonać pomiary napięcia, prądu i mocy czynnej. UWAGA: pomiary wykonywać tak samo, jak w poprzednich ćwiczeniach (stała podziałki x wychylenie wskazówki). 3. Wyniki pomiarów zapisać w tabeli nr 1. 4. Na podstawie otrzymanych wyników pomiarów obliczyć wartości: - mocy pozornej S, - mocy biernej Q, - współczynnika mocy cos , - pojemności C kondensatora kompensującego moc bierną indukcyjną. 5. Dla wybranej, jednej wartości napięcia dołączyć do układu kondensator o obliczonej wartości pojemności i powtórzyć pomiary napięcia, prądu i mocy czynnej. UWAGA: kondensator należy podłączyć równolegle do odbiornika. 6. Wyniki powtórzonego pomiaru zapisać w tabeli nr 2. Opracowanie wyników - czy otrzymane wyniki pomiarów i obliczeń w tabeli nr 1 zgodne są z założeniami teoretycznymi ? - czy podłączenie kondensatora spowodowało kompensację mocy biernej ? (jakie wielkości pozostały niezmienne, a jakie się zmieniły ? ; czy zgadza się to z teorią ?) - narysować trójkąt mocy przed kompensacją mocy biernej ,z kompensacją i dla kompensacji idealnej. Schemat układu pomiarowego W A R 220V~ C V L Rys.1 Schemat układu pomiarowego do pomiaru mocy w obwodzie prądu przemiennego. Opracował : mgr inż. Romuald Borowczyk 3 Technikum Łączności im. Obrońców Poczty Polskiej w Gdańsku Pracownia elektryczna i elektroniczna ---------------------------------------------------------------------------------- Tabele pomiarowe tabela nr 1 U V I A P W S VA Q VAR cos --- tabela nr 2 U V I A P W S VA Q VAR cos --- C F Oznaczenia U - pomiar napięcia na odbiorniku I - pomiar prądu odbiornika P - pomiar mocy czynnej wydzielanej na odbiorniku S - obliczona wartość mocy pozornej odbiornika Q - obliczona wartość mocy biernej indukcyjnej odbiornika cos - obliczona wartość współczynnika mocy obciążenia (odbiornika) C - obliczona wartość pojemności kondensatora kompensującego moc bierną indukcyjną C = f Q U 2 [ F ] = 2f [ rad/s ] - pulsacja napięcia zasilającego - częstotliwość napięcia zasilającego ( 50 Hz ) Opracował : mgr inż. Romuald Borowczyk 4 Technikum Łączności im. Obrońców Poczty Polskiej w Gdańsku Pracownia elektryczna i elektroniczna ---------------------------------------------------------------------------------- TEMAT : BADANIE DŁAWIKA Cel ćwiczenia - wyznaczenie zależności charakterystycznych parametrów elektrycznych dławika w funkcji prądu płynącego w jego uzwojeniu, - wyrobienie umiejętności analizy obwodu elektrycznego z elementem o nieliniowej charakterystyce napięciowo-prądowej. Zadania pomiarowe 1. Połączyć układ pomiarowy wg rys.1. 2. Zmieniając wartość napięcia zasilającego autotransformatorem wykonać pomiary prądu, napięcia i mocy czynnej. UWAGA: - maksymalny dopuszczalny prąd uzwojenia dławika wynosi 0.6 A (600 mA), - pomiary wykonać dla takich wartości prądu, które umożliwią narysowanie podanych w ”opracowaniu wyników ” charakterystyk. 3. Wyniki pomiarów zapisać w tabeli nr 1. 4. Wykonać pomiar rezystancji uzwojenia dławika R_ metodą techniczną w układzie z poprawnie mierzonym napięciem (minimum 5 pomiarów prądu i napięcia). 5. Wyniki pomiarów zapisać w tabeli nr 2. A 220V~ W V Rys.1. Schemat układu pomiarowego do wyznaczania podstawowych parametrów dławika. Opracowanie wyników - narysować charakterystyki : U = f(I); L = f(I); PFe = f(I); PCu = f(I) i skomentować ich przebieg, - które parametry dławika są wielkościami liniowymi, a które nie ? (czy wyniki potwierdzają teorię ?), - dlaczego wartość rezystancji R_ różni się od R ? - dlaczego indukcyjność dławika zmniejsza się w miarę jego nasycania i jak to wpływa na charakterystykę U = f(I) ? Opracował : mgr inż. Romuald Borowczyk 5 Technikum Łączności im. Obrońców Poczty Polskiej w Gdańsku Pracownia elektryczna i elektroniczna ---------------------------------------------------------------------------------- Tabele pomiarowe tabela nr 1 I A U V P W Z R X L H PCu W PFe W tabela nr 2 U V I A R_ R_śr .......... Oznaczenia I - pomiar prądu U - pomiar napięcia P - pomiar mocy czynnej Z - impedancja dławika R - rezystancja dławika dla prądu przemiennego R_ - rezystancja dławika dla prądu stałego X - reaktancja dławika L - indukcyjność dławika PCu – moc czynna tracona w uzwojeniu dławika PFe – moc czynna tracona w rdzeniu dławika Opracował : mgr inż. Romuald Borowczyk 6 Technikum Łączności im. Obrońców Poczty Polskiej w Gdańsku Pracownia elektryczna i elektroniczna ---------------------------------------------------------------------------------- Wykonując obliczenia na podstawie otrzymanych wyników pomiarów należy korzystać ze wzorów : Z L U I X 2 f Opracował : mgr inż. Romuald Borowczyk R P I2 PCu I 2 R X Z 2 R2 PFe P PCu 7 Technikum Łączności im. Obrońców Poczty Polskiej w Gdańsku Pracownia elektryczna i elektroniczna ---------------------------------------------------------------------------------- TEMAT: BADANIE TRANSFORMATORA JEDNOFAZOWEGO Cel ćwiczenia : - poznanie budowy , właściwości i praktycznego zastosowania transformatorów jednofazowych, poznanie podstawowych parametrów transformatora, umiejętność wykonania pomiarów i obliczeń w celu ich wyznaczenia. Zadania pomiarowe 1. Wyznaczenie przekładni transformatora a/ połączyć układ pomiarowy wg rys.1. b/ zmieniając wartość napięcia zasilającego autotransformatorem wykonać pomiary napięcia U10 po stronie pierwotnej i U20 po stronie wtórnej transformatora dla wartości napięcia pierwotnego z zakresu od U1n do 0.75 U1n. c/ wyniki pomiarów zapisać w tabeli nr 1. 2. Badanie transformatora w stanie jałowym a/ połączyć układ pomiarowy wg rys.2. b/ zmieniając wartość napięcia zasilającego autotransformatorem wykonać pomiary napięcia U10, prądu I10 i mocy czynnej P10 w zakresie wartości napięcia pierwotnego stanu jałowego od 0.1 U1n do U1n. UWAGA : dla małych wartości U10 pomiar mocy czynnej może być niemożliwy do wykonania (lub bardzo niedokładny), w takich przypadkach należy jednak zapisywać wyniki pomiaru prądu I10. c/ wyniki pomiarów zapisać w tabeli nr 2. 3. Badanie transformatora w stanie zwarcia a/ połączyć układ pomiarowy wg rys. 3. b/ zmieniając wartość napięcia zasilającego od zera wykonać pomiary napięcia U1Z, prądu I1Z i mocy czynnej P1Z. UWAGA : zmiany napięcia zasilającego należy wykonywać bardzo ostrożnie, aby nie przekroczyć znamionowej (dopuszczalnej) wartości I1n prądu po stronie pierwotnej. c/ wyniki pomiarów zapisać w tabeli nr 3. 4. Badanie transformatora w stanie obciążenia a/ połączyć układ pomiarowy wg rys.4. b/ podać od strony pierwotnej napięcie równe napięciu znamionowemu i nie zmieniać jego wartości podczas pomiarów. c/ zmieniając wartość rezystancji rezystora obciążenia Robc (od wartości maksymalnej do takiej, przy której popłynie w uzwojeniu wtórnym prąd znamionowy I2n) wykonać pomiary prądu I2, napięcia U2 oraz mocy czynnych P1 i P2. d/ wyniki pomiarów zapisać w tabeli nr 4. Opracował : mgr inż. Romuald Borowczyk 8 Technikum Łączności im. Obrońców Poczty Polskiej w Gdańsku Pracownia elektryczna i elektroniczna ---------------------------------------------------------------------------------- Schematy układów pomiarowych U10 V 220V~ U20 V Rys.1. Schemat układu pomiarowego do wyznaczania przekładni transformatora. I10 W A U10 V 220V~ U20 Rys.2. Schemat układu pomiarowego do badania transformatora w stanie jałowym. I1Z A W V 220V~ U1Z Rys.3. Schemat układu pomiarowego do badania transformatora w stanie zwarcia. I2 W 220V~ V W A U1 U2 V Robc Rys.4. Schemat układu pomiarowego do badania transformatora w stanie obciążenia. Opracował : mgr inż. Romuald Borowczyk 9 Technikum Łączności im. Obrońców Poczty Polskiej w Gdańsku Pracownia elektryczna i elektroniczna ---------------------------------------------------------------------------------- Tabele pomiarowe tabela nr 1 U10 V śr V/V V/V U20 V ....... tabela nr 2 U10 U I10 A tabela nr 3 U1Z U I1Z A P10 W P1Z W coso --- cosZ --- Q10 VAR IFe A I A Z1Z R1Z X1Z tabela nr 4 I2 A U2 V Opracował : mgr inż. Romuald Borowczyk P1 W P2 W 10 Technikum Łączności im. Obrońców Poczty Polskiej w Gdańsku Pracownia elektryczna i elektroniczna ---------------------------------------------------------------------------------- Opracowanie wyników 1. stan jałowy - narysować i omówić charakterystyki: I10 = f(U10), P10 = f(U10), cos0= f(U10), - na podstawie wyników pomiarów i obliczeń określić znamionowe wartości prądu stanu jałowego I10n i współczynnika mocy cos0n. 2. stan zwarcia - narysować i omówić charakterystyki: I1Z = f(U1Z), P1Z = f(U1Z), cosZ= f(U1Z), - na podstawie wyników pomiarów określić znamionową wartość napięcia zwarcia U1Zn oraz obliczyć jego wartość procentową U1Z% . 3. stan obciążenia - narysować i omówić charakterystyki: U2= f(I2), = f(I2), - na podstawie wyników pomiarów i obliczeń określić znamionową wartość sprawności transformatora n . Oznaczenia # wszystkie wielkości parametrów transformatora oznaczone indeksem 1 odnoszą się do jego strony pierwotnej; indeks 2 odnosi się do strony wtórnej transformatora. Sn,U1n,U2n I1n,I2n - znamionowe wartości mocy pozornej, napięcia zasilania ,napięcia wtórnego, prądu pierwotnego i wtórnego, U10,I10,P10 - pomiar napięcia, prądu, mocy w stanie jałowym, U1Z,I1Z,P1Z - pomiar napięcia, prądu, mocy w stanie zwarcia, P1,P2,U2,I2 - pomiar mocy pierwotnej, wtórnej, napięcia wtórnego, prądu wtórnego w stanie obciążenia, - przekładnia transformatora, cos0 - współczynnik mocy w stanie jałowym, IFe , I - składowa czynna i bierna prądu stanu jałowego, Q10 - moc bierna stanu jałowego, cosZ - współczynnik mocy w stanie zwarcia, Z1Z,R1Z,X1Z - impedancja, rezystancja, reaktancja w stanie zwarcia, - sprawność transformatora, n - znamionowa sprawność transformatora. cos 0 P10 U 10 I10 I Fe I10 cos 0 R1Z P1Z I12Z U 1Z % U 1Z 100 [] U 1n Opracował : mgr inż. Romuald Borowczyk Q P10tg 0 cos Z P1Z U 1Z I 1Z X 1Z Z 21Z R 21Z I I10 sin 0 Z 1Z U 1Z I 1Z = P2 100 [] P1 U 10 U 20 11
