Разработка методики выполнения измерений активной и реактивной мощности в сети переменного тока

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине:

Методы и средства измерений, испытаний и контроля

Тема:

Разработка методики выполнения измерений активной и реактивной мощности в сети переменного тока

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. РАЗРАБОТКА ОСНОВНЫХ ЭТАПОВ

1.1 Формирование исходных данных для разработки МВИ

1.2 Выбор методов и средств измерений

2. ОФОРМЛЕНИЕ ДОКУМЕНТА НА МВИ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Методика выполнения измерений (МВИ) - технологический процесс измерений, выполнение которого с соблюдением всех требований, содержащихся в описании аттестованной МВИ, гарантирует получение результатов измерений с качеством, удовлетворяющим для него нормам.

Получение результатов измерений с известной точностью, не превышающей допускаемых пределов, является важнейшим условием обеспечения единства измерений. Таким образом, МВИ, отвечающие современным требованиям, играют решающую роль в обеспечении единства измерений.

МВИ определяют качество измерений, разрабатываются и применяются с целью обеспечения измерений физических величин с точностью, правильностью и достоверностью, удовлетворяющих регламентированным для них норм.

Существует два вида МВИ: типовая и индивидуальная.

Типовая МВИ - МВИ, рассчитанная на применение любого экземпляра СИ и вспомогательных технических средств, характеристики которых удовлетворяют требованиям описания МВИ.

Индивидуальная МВИ - МВИ, рассчитанная на применение конкретных экземпляров СИ и вспомогательных технических средств и при определении показателей качества которой учитывались индивидуальные свойства этих экземпляров.

Целью данной курсовой работы является получение практических навыков разработки индивидуальной МВИ, для применения её в лабораторном практикуме. Основными этапами данной курсовой работы являются:

- формирование исходных данных для разработки МВИ;

- выбор методов и средств измерений (СИ);

- разработка проекта документа на МВИ;

При разработке МВИ одним из основных исходных требований является требование к точности измерений.

1. разработка основных этапов мви

1.1 Формирование исходных данных

Измеряемые величины - активная и реактивная мощность, выделяемые в сети переменного однофазного тока промышленной частоты.

Характеристики измеряемых величин:

активная мощность, Вт, не более .................17,0

отклонения показаний от измеряемой

активной мощности, %, не более ................. ± 1,0

Пределы допускаемого относительного

отклонения показаний от измеряемой

реактивной мощности, %, не более ................. ± 4

Условия измерений:

- диапазон температуры окружающего воздуха, ⁰С, ......15--25

- относительная влажность , % ........................................50-80

- частота напряжения питания, Гц ...................................45--55

Характеристики объекта:

ток в сети, А…………….........1,4

напряжение в сети, В...............25,0

угол ц, эл. градусов, не более..60,0

вид нагрузки в сети...................RC

1.2 Выбор методов и средств измерений

Предварительный анализ показал, что для измерений активной мощности однофазного переменного тока промышленной частоты могут быть применены два принципа измерений:

- с помощью амперметра, вольтметра и фазометра (с последующим вычислением по формуле P=UIcosц (1));

- с помощью прибора для измерения активной мощности - ваттметра.

Для реализации первого метода применяют три прибора: снимают показания с каждого и вычисляют по формуле (1) показание по активной мощности. Максимально допустимое относительное отклонение показаний от измеряемой активной мощности в этом случае вычисляют по формуле:

,(2)

где - максимально допустимые относительные отклонения показаний соответственно вольтметра, амперметра и фазометра от измеряемых величин соответственно напряжения, тока, угла ц .

В нашем случае не должно превышать ±1,0%.

При использовании вольтметра класса точности 0,5 с пределом измерений 50В, амперметра класса точности 0,5 с пределом измерений 4А и фазометра класса точности 0,5 с пределом измерений 90 эл. градусов максимально допустимые относительные отклонения показаний соответственно вольтметра, амперметра и фазометра от измеряемых величин будут:

_U =0,5%

_I = 0,5%

_ц = =0,3%

_акт = =0,76%

Для реализации второго метода достаточно применения одного прибора - ваттметра, измеряющего активную мощность. В настоящее время для измерения мощности переменного тока промышленной частоты используют электродинамические и ферродинамические ваттметры. В нашем случае применение одного из указанных измерительных механизмов зависит от пределов измерений этих приборов, а так же от их классов точности.

О влиянии на проводимые измерения внешних магнитных полей в задании ничего не сказано, следовательно, ими можно пренебречь. Кроме того, можно применить экранированный прибор или с астатическим механизмом. На приборы с ферродинамическими измерительными механизмами внешние магнитные поля влияния не имеют. Однако показания электродинамических ваттметров более точные, т. е. приборы имеют классы точности 0,1; 0,2; 0,5. В отличие от ферродинамических, имеющих классы точности редко 1,0 и чаще 1,5; 2,5.

Из этого следует, что в нашем случае применить необходимо прибор электродинамической системы для обеспечения требуемой точности измерений активной мощности. В литературе [3] останавливаем свой выбор на многопредельном ваттметре Д57. Его основные метрологические характеристики: I_ном. =2; 4А, U_ном. = 30-45-60 В, кл.т.0,1. Максимально допустимое относительное отклонение показаний от измеряемой активной мощности определяем по формуле

(3)

Для определения значения реактивной мощности так же существует два принципа:

- метод амперметра, вольтметра и фазометра (с последующим вычислением Q по формуле Q=UIsinц);

- метод ваттметра и фазометра с последующим вычислением по формуле

(4)

Для реализации первого метода необходимо применение аналогичных приборов, что и для определения активной мощности первым способом. Анализ данного метода был приведён выше.

Для реализации второго метода необходимо применение двух приборов: ваттметра и фазометра. Этот метод предпочтительнее уже тем, что ваттметр нами уже выбран (Д5016/2) и применяется для измерения активной мощности. Для измерения же коэффициента мощности cos ц применяют приборы непосредственной оценки на основе логометров электродинамической и ферродинамической систем. В литературе [3] выбираем фазометр Д578. Его основные метрологические характеристики приведены в таблице 1. Выбор фазометра на основе электродинамического логометра основан на том, что шкала выбранного прибора Д578 проградуирована в эл. градусах, что позволяет, при вычислении реактивной мощности по формуле (4), сократить операцию перевода: cos ц -- эл. градусы - tq ц. Максимально допустимое относительное отклонение показаний от измеряемого угла, определяется по формуле:

,(5)

где: - максимально допустимое относительное отклонение показаний от

измеряемой активной мощности;

- максимально допустимое относительное отклонение показаний от измеряемого угла .

Определим максимально допустимое относительное отклонение показаний от измеряемого угла .

Тогда

В качестве нормы точности показаний было установлено, что относительное отклонение показаний от измеряемой активной мощности не более 1,0%, а пределы допускаемого относительного отклонения показаний от измеряемой реактивной мощности не более 4%. В результате расчётов было получено =0,35%, =0,8%. Следовательно, можно сделать вывод об окончании выбора методов и средств измерений, т.к., целесообразно выбрать следующие методы:

- для измерения активной мощности использовать ваттметр;

-для измерения реактивной мощности использовать ваттметр и фазометр.

Выбор данных способов обосновывается тем, что при измерении активной мощности удобнее пользоваться ваттметром, так как нет необходимости производить вычисления после каждого измерения силы тока, напряжения и угла. А также необходимо учитывать, что измеряемые величины должны быть стабильны в период выполнения измерений. Ваттметр будет использоваться и для измерения реактивной мощности плюс фазометр. Так же это будет экономически целесообразнее, так как приобретать и обслуживать нужно на два прибора меньше.

реактивный мощность ток

2. ОФОРМЛЕНИЕ ДОКУМЕНТА НА МВИ

Государственная система обеспечения единства измерений. Активная и реактивная мощности в сети переменного тока

Методика выполнения измерений

Настоящее описание МВИ устанавливает методику выполнения измерений активной и реактивной мощности переменного однофазного тока промышленной частоты методом ваттметра и фазометра в рабочих условиях.

2. Нормы точности и правильность измерений.

- активной мощности ± 0,5 %

- реактивной мощности ± 2,5 %

3. Средства измерений и вспомогательные устройства

Таблица 1

Таблица 2

- выдержать приборы в течение 24 часов в нормальных условиях окружающей среды, указанных в табл.2 (п.2.3);

- убедиться в отсутствии механических повреждений в случае транспортирования прибора в условиях повышенной влажности или низких температур;

- Убедиться в наличии действующих сертификатов калибровки у применяемых СИ;

- установить приборы в горизонтальное положение.

Для ваттметра:

- подключить питание цепи освещения к источнику переменного тока напряжением (220±22)В частотой 50±5 Гц через трансформатор;

- отрегулировать яркость светового указателя на нулевой отметке шкалы поворотом левой ручки узла осветителя;

- установить указатель на нулевую отметку с помощью корректора, находящегося на передней боковине прибора;

- установить переключатель прибора на предел: 2,5А

При работе с ваттметром следует иметь в виду, что при коэффициенте мощности, меньше единицы, может возникнуть недопустимая перегрузка ваттметра даже при мощности, меньше номинальной.

Для фазометра:

установить стрелку на нулевую отметку шкалы, совместив при этом прямую часть стрелки с двумя (верхней и нижней) нарисованными рисками и её изображением на зеркале.

9. Выполнение измерений

При выполнении измерений активной мощности необходимо выполнить однократное измерение Р_акт. ваттметром, до одной значащей цифры после запятой.

При выполнении измерений реактивной мощности необходимо выполнение следующих операций:

- выполнить однократное измерение Р_акт. ваттметром, до одной значащей цифры после запятой;

- выполнить однократное измерение фазометром, до одной значащей цифры после запятой;

- на основании таблиц Брадиса или при помощи калькулятора перевести показания фазометра из эл. градусов в значение tq ц;

- значение Р_реакт. вычислить по формуле (1).

10. Обработка результатов измерений

1. Анализ априорной информации (об измеряемой величине, о влияющих факторах и т.д.);

2. Определение поправки: изменение одного из параметров приведённых в табл.2 на величину большую его предельного отклонения приводит к появлению систематической составляющей погрешности приборов 0,2% от конечного значения диапазона измерения;

3. Вычисление цены деления прибора и умножение её на число делений шкалы. Для определения цены деления конечное значение диапазона измерений разделить на число делений шкалы;

4. Получение одного значения отсчёта;

5. Значение активной мощности принимается равным:

где - поправка, вносимая в показания прибора при отклонении условий измерений от нормальных (см. табл.2);

6. Определение максимально возможного отклонения результата однократного измерения от значения измеряемой величины Р_акт.

7. Определение пределов, в которых находится значение измеряемой мощности.

Значение реактивной мощности принимается равным результату полученному по формуле (1)

- максимально возможное отклонение результата измерения от значения измеряемой величины Р_реакт. вычисляется соответственно по формулам:

%

Вар

- определение пределов, в которых находится значение измеряемой величины:

11. Оформление результатов измерений

Результаты измерений оформляются протоколом, форма которого приведена в приложении 1.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Виноградов Г.А. Основы электротехники. - Л.: Изд-во Энергия, 1992

2. Спектор С.А. Электрические измерения физических величин. - Л.1987

3. Справочник по электроизмерительным приборам под ред. К.К.Илюшина

4. Каталог «Радиоизмерительные приборы `83», Часть 1.- М.1983

5. Шишкин И.Ф. Теоретическая метрология. - М.: Высшая школа, 1993

6. ГОСТ Р 8.563-96 «ГСИ. Методики выполнения измерений»

7. МИ 1967-89 «ГСИ. Выбор методов и средств измерений при разработке методик выполнения измерений. Общие положения»

8. МИ 2377-98 «ГСИ. Разработка и аттестация методик выполнения измерений»

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Форма протокола измерений активной и реактивной мощности переменного однофазного тока промышленной частоты

ПРОТОКОЛ № от «___»________200__г.

измерений активной и реактивной мощности переменного однофазного тока промышленной частоты

Применяемые СИ: ваттметр Д5016/2 инв. №

азометр Д578 инв.№

Условия проведения

измерений: t_окр.ср. ^оС

влажность %

f_изм. Гц

Измерения произвел: ФИО, должность

Размещено на Allbest.ru