На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


реферат Измерение мощности и энергии

Информация:

Тип работы: реферат. Добавлен: 29.10.2012. Сдан: 2011. Страниц: 8. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ И ЭНЕРГИИ

реферат 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                          Выполнил:
                            . 

                                                            Проверил: 
 
 
 

2005
 

     1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
    Измерение мощности осуществляется в процессе эксплуатации различной измерительной, электротехнической, радиоприемной  и передающей аппаратуры. Диапазон измеряемых мощностей 10-16—10+9 Вт в цепях постоянного и переменного токов высокой частоты, в импульсных цепях.
    Методы  измерения существенно отличаются друг от друга в зависимости от параметров цепи, в которой производится измерение мощности, предела изменения мощности и частотного диапазона.
    В цепях постоянного тока мощность потребления Р нагрузки R определяется произведением тока I в нагрузке на падение напряжения U на ней:
    P=UI=I2R. (1.1)
    В цепях переменного тока мгновенное значение мощности потребления
    p(t)=u(t)i(t). (1.2)
    Если  u(t) и i(t) — периодические функции времени с периодом Т, то среднее значение мощности потребления за период называют мощностью или активной мощностью Р. Мощность Р с мгновенным значением мощности p(t) связана выражением 

      (1.3)
    В цепях однофазного синусоидального  тока измеряют активную P, реактивную Q и полную S мощности: 

     , (1.4)
    где U, I — среднеквадратические значения напряжения и тока в цепи; — сдвиг по фазе между напряжением и током в нагрузке; R, X, Z — активное, реактивное, полное сопротивления нагрузки.
    Чаще  всего ограничиваются измерением активной мощности.
    В цепях несинусоидального периодического тока при условии, что функции u(t) и i(t) можно разложить в ряд Фурье, формулы для определения активной и реактивной мощностей будут иметь вид
      (1.5)
    где Uo, Io — постоянные составляющие напряжения и тока; Uk, Ik — соответственно среднеквадратические значения напряжения и тока k-й гармоники; — сдвиг по фазе k-й гармоники.
    В цепях, питаемых напряжением в виде периодической последовательности однополярных прямоугольных импульсов, усреднение мощности p(t) осуществляют не только по периоду следования Т, но и по длительности импульса tИ. При этом мощность, усредненную по периоду Т следования импульсов, называют средней  мощностью или мощностью , а мощность, усредненную за время длительности импульса, — импульсной мощностью: . Значения мощностей Р и Ри
    связаны между собой соотношением
      (1.6)
    Обычно  среднюю мощность измеряют и, зная скважность импульсов, вычисляют импульсную мощность. При импульсах, отличных от прямоугольной формы, мощность определяют по эквивалентному прямоугольному импульсу той же амплитуды, длительность которого равна интервалу времени между точками огибающей импульса на уровне 0,5 ее амплитуды.
    Мощность  измеряется в абсолютных единицах —  ваттах, производных ватта и относительных единицах — децибелваттах (или  децибелмилливаттах)   ± = 101g(P/Ро)> где Р — абсолютное значение мощности в ваттах (или милливаттах), Po — нулевой (отсчетный) уровень мощности, равный 1 Вт (или 1 мВт), связанный с абсолютными нулевыми уровнями напряжения Uo и тока I0 через стандартное сопротивление Ro соотношением
    При Po = 1 мВт, сопротивлении Ro = 600 Ом напряжение Uo =0,775 В; — число децибел со знаком «+», если Р> Po , и со знаком «—», если Р< Р0. Для измерения мощности используют прямые и косвенные виды измерения. Прямые измерения осуществляются с помощью электродинамических, ферродинамических и электронных ваттметров, косвенные — сводятся к определению мощности посредством амперметра и вольтметра или осциллографа.
    2 ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ  В ЦЕПЯХ ПОСТОЯНОГО  ТОКА И ПЕРЕМЕННОГО  ТОКА ПРОМЫШЛЕННОЙ  ЧАСТОТЫ
    Мощность  в цепях постоянного тока можно  определить косвенным путем по показаниям вольтметра и амперметра (рис. 1.1, а, б). При таком измерении мощности возникает значительная погрешность измерения, так как погрешности приборов суммируются и, кроме того, возникает погрешность за счет собственной мощности потребления этими приборами.
      
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Мощность  потребления нагрузки
    P=UI (1.7)
    Мощность  Рх, вычисленная по показаниям приборов (рис. 1.1, а), 

    Px = UVJA = (IA + I)1=UIV + UI = PV + P (1.8а)
    больше  действительного значения мощности потребления нагрузки на значение мощности Pv потребления вольтметра (lv — ток в цепи вольтметра). Погрешность определения мощности в нагрузке тем меньше, чем больше входное сопротивление вольтметра.
    Мощность  Рх, вычисленная по показаниям приборов (рис. 1.1,б),
    Px = UVJA = (UA + U)1=UAI + UI = PA + P (1.8б)
     больше действительного значения мощности потребления нагрузки на значение мощности Ра потребления амперметра (Ua — падение напряжения на амперметре). Погрешность определения мощности в нагрузке тем меньше, чем меньше входное сопротивление амперметра. Поэтому схему, изображенную на рис. 1.1, а, применяют для измерения мощности при малых сопротивлениях нагрузки, а схему, изображенную на рис. 1.1,6 — при больших сопротивлениях.
    Если  известны входные сопротивления  приборов, то можно внести к их показаниям соответствующие поправки и уменьшить погрешность определения мощности, т. е. получить более точный результат измерения.
    Для измерения мощности в цепях постоянного  и переменного токов применяют  электродинамические ваттметры.
    2.1 Измерение мощности в цепи однофазного синусоидального тока. Для измерения мощности неподвижную катушку ваттметра включают последовательно с нагрузкой, мощность которой необходимо измерить, а подвижную  катушку—параллельно  к нагрузке (рис. 1.2,а).
    В соответствии со схемой включения ток  в цепи неподвижной катушки равен току нагрузки I1=I, а в цепи подвижной катушки (приближенно считая ее сопротивление активным Rwv): I2=Iv = U/Rwv. Тогда угол сдвига фаз между I1 и I2 равен углу сдвига фаз между U и I, т. е. (рис. 1.2,б). Следовательно, угол от-: клонения подвижной части ваттметра.
      (1.9а)
    находится в линейной зависимости от значения измеряемой мощности Р.
    Для равномерности шкалы ваттметра  необходимо, чтобы  =const, тогда уравнение (1.9а) примет следующий вид:
      (1.9б)
    Это выражение справедливо для ваттметров переменного и постоянного токов (cos = 1).
    В реальных условиях подвижная катушка ваттметра обладает небольшой индуктивностью:  Lw = 3?10 мГн.
    Полное  сопротивление обмотки катушки 
    где Rдоб — добавочное сопротивление, поэтому ток в цепи катушки I2 отстает от напряжения U на некоторый угол . Векторная диаграмма электродинамического ваттметра будет иметь вид, изображенный на рис. 1.2, в. Из диаграммы следует, что . Следовательно, угол отклонения подвижной части
      (1.10)
    Из  данного выражения следует, что  при одном и том же значении измеряемой мощности,- но при различных значениях показания прибора различны. Значения z и являются функциями частоты, однако при частоте до 100 Гц погрешность, обусловленная этой зависимостью, незначительна, так как и ею можно пренебречь. При этом следует учитывать только погрешность, определяемую углом б, называемую угловой погрешностью измерения мощности и вычисляемую следующим образом:
      (1.11)
    где Рх — измеренное значение мощности; Р — действительное значение мощности.
    Ввиду малости угла приближенно можно считать, что , тогда после преобразования
      (1.11) получают
     6p. (1.12)
    Из (1.12) следует, что угловая погрешность измерения мощности возрастает с увеличением угла .
    Для уменьшения угловой погрешности  в цепь подвижной катушки включают компенсационную емкость Ск (см. рис, 1.2, а). Сопротивление параллельной цепи ваттметра:
      (1.13)
    При полной компенсации сопротивление  Z должно быть активным, следовательно,
      (1.14)
    Вследствие  малой индуктивности Lwv подвижной катушки ваттметра условие (1.14) выполняется при таких Rk и Ск, что , поэтому
     (1.15)
    Из (1.15) следует, что компенсация осуществляется в довольно широком диапазоне  частот, пока справедливо неравенство
    

     В ваттметре при изменении направления  тока в одной из катушек изменяется знак угла отклонения подвижной части, поэтому зажимы обмоток прибора, закорачивание которых приводит к правильному отклонению стрелки, называют генераторными и обозначают звездочками. Обычно в цепь подвижной катушки ваттметра вводят переключатель направления тока, позволяющий менять направление вращающего момента и получать отклонение стрелки в правильную сторону.
    Включение неподвижной катушки ваттметра  последовательно с нагрузкой (см. рис. 1.2, а) возможно только при токах нагрузки 10—20 А (при больших токах нагрузки неподвижную катушку ваттметра включают через трансформатор тока). При измерении мощности в цепях высокого напряжения (свыше 600 В) подвижную катушку ваттметра включают не непосредственно в измеряемую цепь, а через трансформатор напряжения, а неподвижную катушку ваттметра — через измерительный трансформатор тока {(независимо от значения тока  нагрузки).
    Включение ваттметра через измерительные  трансформаторы тока ТрТ и напряжения ТрН показано на рис. 1.3.
    Значение  измеряемой мощности определяют по показанию ваттметра, умноженному на произведение коэффициентов трансформации трансформаторов тока и напряжения:
     , (1.16)
    где Рх измеренное значение активной мощности в цепи нагрузки; Pw — показание ваттметра; — номинальные коэффициенты трансформации соответственно трансформаторов напряжения и тока.
    Измеренное  значение мощности будет отличаться от действительного за счет погрешности  в передаче значений напряжения и  тока, а также угловых погрешностей трансформаторов. Электродинамические ваттметры изготовляют многопредельными, высоких классов точности (0,1; 0,2) с диапазоном измеряемых мощностей от десятых долей ватта до 3 — 6 кВт, используют их как лабораторные приборы. При грубых измерениях в качестве щитовых приборов применяют ферродинамические ваттметры.
    3 ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ  В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО  ТОКА ПОВЫШЕННОЙ  И ВЫСОКОЙ ЧАСТОТ 
    В цепях переменного тока повышенной и высокой частот проводят прямые и косвенные измерения мощности. В ряде случаев косвенные измерения предпочтительнее, так как проще измерять напряжение, ток и сопротивление, чем мощность. При прямых измерениях в основном используют электронные ваттметры. В некоторых электронных ваттметрах используют электродинамические измерительные механизмы с предварительным усилением тока и напряжения либо с предварительным выпрямлением этих величин.
    В электронных ваттметрах в качестве измерительного механизма можно  использовать и электростатический электрометр с усилителями напряжения и тока, а также магнитоэлектрические механизмы с квадраторами* Квадраторы выполняют на электронных лампах, полупроводниковых диодах, преобразователях и других нелинейных элементах, работа которых осуществляется на квадратичном участке вольтамперной характеристики. Операция перемножения ui в квадраторах заменяется операциями суммирования и возведения в квадрат. В диапазоне частот до сотен мегагерц используют ваттметры с датчиками Холла.
     На сверхвысоких частотах измерение  мощности осуществляется преобразованием  мощности в теплоту (калориметрические методы), свет (фотометрические методы) и т.д.
    3.1 Измерение мощности электронным выпрямительным ваттметром. Принципиальная схема электронного ваттметра с квадратором, выполненным на полупроводниковых диодах, представлена на рис. 1.4. Ваттметр имеет два резистора в цепи тока, сопротивления которых R1=R2 много меньше сопротивления нагрузки, и два резистора сопротивлениями R3, R4 в цепи напряжения. Резисторы R3 и R4 выполняют роль делителя напряжения, поэтому сопротивление R3+R4 много больше сопротивления нагрузки ZH.
    Падение напряжения на резисторах R1=R2 пропорционально току нагрузки k1i, падение напряжения на резисторе R3 делителя пропорционально напряжению на нагрузке, т. е. k2u. Как видно из схемы, напряжения u1 и u2 на диодах VD1 и VD2 будут соответственно:
    и1 = kг и + k1i;    иг = k2 и - k1 i.  (1.17)
    При идентичных характеристиках диода  и работе на квадратичном участке  вольтамперной характеристики токи U и i%  пропорциональны  квадратам   напряжений.
      (1.18)
    Ток в цепи прибора iИ=(i1-i2)R/RИ. Подставив в это выражение значения i1 и i2, получим
      (1.19)
    где .
    Постоянная составляющая тока, измеряемая магнитоэлектрическим прибором, при и пропорциональна активной мощности [см. (1.3)]:
      (1.20)
    где Px — измеряемая мощность.
    Электронные ваттметры, включающие в свою схему  диоды, обладают невысокой точностью (определяющим является неидентичность характеристик диодов), погрешностью измерения ±(1,5—6)%, малой чувствительностью, большой мощностью потребления, частотным диапазоном, ограничивающимся десятками килогерц.
    3.2 Измерение мощности термоэлектрическим ваттметром. Частотный диапазон может быть расширен до 1 МГц, если квадратор построить на бесконтактных термопреобразователях. Термоэлектрический ваттметр отличается от выпрямительного тем, что вместо диодов включаются нагреватели бесконтактных термопар, а разность термо-ЭДС на холодных концах, измеряемая магнитоэлектрическим милливольтметром, пропорциональна средней мощности потребления нагрузки.
    Термоваттметры  используют при измерении мощности в цепях с несинусоидальной формой тока и напряжения; при измерении  мощности в цепях с большим  сдвигом фаз между напряжением и током, при определении частотной погрешности электродинамических ваттметров.
        3.3Измерение мощности ваттметром с преобразователем Холла. Преобразователь Холла представляет собой четырехполюсник, выполненный в виде тонкой полупроводниковой монокристаллической пластинки. Токовыми выводами Т Т преобразователь Холла подключается к внешнему источнику постоянного или переменного тока, потенциальными выводами XX (холловскими), между которыми возникает ЭДС в момент, когда на пластину воздействует магнитное поле, — к измерителю напряжения. Выводы XX присоединяются к боковым граням в эквипотенциальных точках при отсутствии внешнего магнитного поля.
    Электродвижущая сила Холла
    ex = kxBi(1.21)
    где kx — коэффициент, значение которого зависит от материала, размеров и формы пластинки, а также от температуры окружающей среды и значения магнитного поля; В— магнитная индукция.
    Электродвижущаяся сила Холла будет пропорциональна  мощности, если одну из входных величин, например магнитную индукцию В, сделать пропорциональной напряжению и, а другую — ток ix — току через нагрузку.
    Для реализации ваттметра преобразователь Холла ПX помещают в зазор электромагнита (рис. 1.5), намагничивающая катушка L которого питается током, пропорциональным току нагрузки, а через Т—Т проходит ток, пропорциональный напряжению, приложенному к нагрузке ZH. Значение тока ограничивается добавочным резистором RK. Направления магнитных силовых линий вектора индукции В в магнитном поле сердечника магнитопровода показаны на рис. 1.5 пунктирными линиями. Электродвижущая сила Холла ex=kui—kp регистрируется магнитоэлектрическим милливольтметром (k — коэффициент пропорциональности).
    Ваттметры с преобразователем Холла позволяют  измерять мощности в диапазоне частот до сотен мегагерц.
    Достоинства этих ваттметров — безынерционность, простота конструкции, долговечность, надежность, а недостаток — зависимость  параметров от температуры.
     Измерение мощности осциллографом. К косвенным методам измерения мощности относят и осциллографический метод, который рекомендуется применять тогда, когда цепь питается напряжением несинусоидальной формы, при высоких частотах, маломощных источниках напряжения, работе электронных схем в ключевом режиме, наличии в цепи нелинейных элементов и т. д. В частности, при работе электронных схем в импульсном режиме посредством осциллографа измеряют мгновенные значения напряжения u(t) и тока i(t) на исследуемом участке схемы за время, равное периоду следования импульсов (особенно тщательно проводят измерения за время нарастания и спада импульса). По полученным данным строят эпюры напряжения и тока. Эпюру мгновенного значения мощности p(t) строят по произведению ординат кривых напряжения u(t) и тока i(t) для каждого момента времени действия импульса.
    По  кривой мгновенных значений мощности за период определяют максимальное значение мгновенной мощности pИ max, среднее значение мощности Р. и импульсную мощность РИ (см. § 1.1). Для определения среднего значения мощности Р и импульсной мощности Ри вычисляют площадь, ограниченную кривой мгновенной мощности за период, и затем строят прямоугольник равной площади. Если основание прямоугольника равно длительности импульса, то его высота представляет собой значение импульсной мощности Ри, если же основание прямоугольника равно периоду следования импульсов, то высота прямоугольника равна значению средней мощности Р.
    Измерение с помощью цифровых ваттметров. Цифровые ваттметры строятся на основе аналоговых перемножителей напряжения u(t) и тока i(t) (рис. 1.6, а) или перемножения дискретных значений u(t) и i(t) (рис. 1.6,б) и с последующим усреднением произведения.
    Цифровые ваттметры, выполненные по схеме преобразования u(t) и i(t) в дискретные значения и представленные соответствующими цифровыми кодами, перемножаются и усредняются с помощью цифровых устройств. Эти ваттметры обладают сравнительно высоким быстродействием, определяемым характеристиками АЦП и перемножителя. В цифровых ваттметрах используются АЦП двукратного интегрирования, а также встроенные микропроцессоры.
    4 ИЗМЕРЕНИЕ ЭНЕРГИИ  ОДНОФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО  ТОКА
      Как известно, электрическая энергия определяется выражением
      (1.22)
    где Р — мощность, потребляемая нагрузкой.
    Энергия измеряется электрическими счетчиками. Для счетчиков переменного тока используются индукционные измерительные механизмы.
    Основными элементами счетчика (рис. 3.42) являются: электромагниты 1 и 4, называемые соответственно последовательным и параллельным электромагнитом, алюминиевый диск 2, укрепленный на оси, постоянный магнит 8 и другие элементы, назначение которых будет пояснено ниже. Схемы включения счетчика и ваттметра одинаковы. Обмотка электромагнита 1 выполняется из небольшого числа витков относительно толстого провода и включается в цепь последовательно с нагрузкой Н. Обмотка электромагнита 4, имеющая большое число витков, выполняется из тонкого провода и включается параллельно нагрузке.
    По  конструктивным особенностям и расположению сердечника параллельного электромагнита счетчики делятся на радиальные и тангенциальные. В первых сердечник электромагнита 4 располагается по радиусу диска, а в конструкциях вторых — по хорде. Отечественной промышленностью выпускаются только тангенциальные счетчики (рис. 3.43).
    Ток I в последовательной цепи счетчика (рис. 3.43) создает магнитный поток ФI, который проходит через сердечник электромагнита 1, через сердечник электромагнита 2 и дважды пересекает диск 3. Ток IU в параллельной цепи счетчика создает потоки ФU и ФL,. Первый, замыкаясь через противополюс 4, пересекает диск в одном месте (в середине между полюсами электромагнита 1). Поток ФL замыкается через боковые стержни электромагнита 2,не пересекает диска и непосредственного участия в создании вращающего момента не принимает. Называется он нерабочим магнитным потоком параллельной цепи в отличие от потока ФU, называемого рабочим.
    Рассматриваемый индукционный счетчик является трехпоточным измерительным механизмом (см. § 3.2). Однако при рассмотрении его работы можно пользоваться уравнением (3.24), выведенным для двухпоточного измерительного механизма, с учетом того, что в данном случае по существу диск пронизывается двумя потоками ФI и ФU, из которых поток ФI пронизывает диск дважды и в противоположных направлениях (рис. 3.43).
    Из-за больших воздушных зазоров на пути потоков ФI и ФU можно с достаточным приближением считать зависимость между этими потоками и токами I и IU линейной, т. е.
      (1.23)
    где U — напряжение на параллельной обмотке; ZU -— полное сопротивление параллельной обмотки. Ввиду малости активного сопротивления параллельной обмотки по сравнению с ее индуктивным сопротивлением ХU можно принять
    где LU — индуктивность обмотки. Тогда
     , (1.24)
    Подставляя  выражения потоков ФI и ФU в уравнение (3.24) и объединяя постоянные, получим
     (1.25)
    где k — ck1k'U.
    Для дальнейшего анализа работы счетчика воспользуемся векторной диаграммой рис. 3.44. На диаграмме U — вектор напряжения сети; I — вектор тока в последовательной обмотке, отстающий по фазе от напряжения на угол (предполагается индуктивный характер нагрузки); ФI — вектор потока последовательного электромагнита, отстающий от вектора тока I по фазе на угол из-за потерь на гистерезис в сердечнике электромагнита и вихревые токи в нем и диске; IU— вектор тока в параллельной обмотке, который отстает от вектора U на угол, близкий к ?/2, вследствие большой индуктивности обмотки.
    Векторы потоков ФI и ФU отстают от вектора тока IU соответственно на углы аи и aL, причем аи >> aL в связи с тем, что потоком Фи создаются дополнительные потери на вихревые токи в диске.
    Потоки  ФU и ФL, индуктируют в параллельной обмотке э. д. с. ЕU и El, отстающие от них по фазе на ?/2. Вектор напряжения U должен уравновешивать векторы э. д. с. ЕU и El, а также падение напряжения IURU — на активном сопротивлении параллельной обмотки и IUХ — э. д. с. от потоков рассеяния ФS той же обмотки.
    Как следует из диаграммы, . Если выполнить условие , то . Тогда уравнение (1.25) примет вид:
     (1.26)
    т. е. вращающий момент счетчика пропорционален мощности переменного тока.
    Для выполнения условия  необходим нерабочий поток ФL, э. д. с. EL от которого, являясь составляющей вектора U (рис. 3.44) влияет на значение угла .
    Для выполнения указанного условия в  счетчике используются различные приспособления. Так, в счетчике, показанном на рис. 3.42, используется медная пластинка 3, помещаемая на пути потока ФL. Для регулировки угла на сердечник электромагнита 1 накладываются короткозамкнутые витки или дополнительная обмотка, замкнутая на регулируемый резистор.
    Для создания противодействующего момента, называемого в счетчиках тормозным, применяется постоянный магнит 8 (рис. 3.42), между полюсами которого находится диск. Тормозной момент МT создается от взаимодействия поля Фм постоянного магнита с током Iм в диске, получающимся при вращении диска в поле магнита. Тормозной момент
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.