Разработка методики выполнения измерений активной и реактивной мощности в сети переменного тока
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
. РАЗРАБОТКА
ОСНОВНЫХ ЭТАПОВ
.1 Формирование
исходных данных для разработки МВИ
.2 Выбор
методов и средств измерений
. 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
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
реактивная мощность, Вар, не более..............28,0
Нормы точности измерений:
Пределы допускаемого относительного
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 φ, 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=UIcosφ (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 φ
.
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%
φ = =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: Iном.
=2; 4А, Uном. = 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=UIsinφ);
- 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 φ 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 φ -- эл. градусы - tq φ. Максимально допустимое относительное отклонение
показаний от измеряемого углаj, определяется по формуле:
,(5)
где:
- максимально допустимое относительное отклонение
показаний от
измеряемой
активной мощности;
-
максимально допустимое относительное отклонение показаний от измеряемого угла j.
Определим
максимально допустимое относительное отклонение показаний от измеряемого угла j.
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 углаj. 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
1. Вводная
часть
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.
Реализация данной МВИ обеспечивает выполнение измерений мощности с
максимально допустимым отклонением показания от измеряемой величины:
- активной мощности ± 0,5 %
- реактивной мощности ± 2,5 %
3.
Средства измерений и вспомогательные устройства
При проведении измерений применяют СИ, технические характеристики которых
приведены в таблице 1.
Таблица 1
|
№ п/п
|
Наименование измеряемой величины
|
Наименование СИ
|
Тип
|
Метрологические характеристики
|
|
|
|
|
Пределы измерений
|
Класс точности
|
|
1.
|
Мощность: Активная, Реактивная
|
Ваттметр
|
Д5016/2
|
Iном.=2,5; 5 А U = 30 В Fраб.= 40ч60Гц
|
Кл.т.0,2
|
|
2.
|
Мощность: реактивная
|
Фазометр
|
Д578
|
φ=90эл.град cos φ=0-90-0 f=50Гц
|
Кл.т.0,5
|
4. Метод
измерений
Измерение активной и реактивной мощности однофазного переменного
напряжения стандартной частоты выполняют методом непосредственной оценки,
реализованным с помощью ваттметра Д5016/2 и фазометра Д578 электродинамической
системы.
Значение активной мощности является результатом прямых измерений с
помощью ваттметра.
Значение реактивной мощности определяют в результате косвенных измерений
на основании показаний ваттметра и фазометра после вычислений проведённых по
формуле:
φ,(1)
где
tq φ - тангенс угла, являющегося показаниями фазометра.
5.
Требования безопасности
При выполнении измерений активной и реактивной мощности однофазного
переменного тока стандартной частоты необходимо соблюдать требования
безопасности, изложенные в ГОСТ12.3.019-80, а так же «Правила технической
эксплуатации электроустановок потребителей и правила техники безопасности при
эксплуатации электроустановок потребителей», утверждённые Госэнергонадзором.
6.
Требования к квалификации операторов
К выполнению измерений и обработке их результатов допускаются лица,
имеющие среднетехническое и неполное высшее образование, прошедшие инструктаж в
соответствии со стандартом предприятия, изучившие техническую документацию на
применяемые СИ.
7. Условия
выполнения измерений
При проведении измерений и при подготовке к ним необходимо соблюдать
условия, приведённые в таблице 2.
Таблица 2
|
№ п/п
|
Измеряемая величина
|
Наименование влияющих величин
|
|
1
|
Мощность
|
Номинальное напряжение сети
|
Предельное отклонение
|
|
|
220 В
|
±10%
|
|
|
Частота напряжения питания
|
Предельное отклонение
|
|
|
50 Гц
|
±5 Гц
|
|
|
Температура окружающей среды
|
Предельное отклонение
|
|
|
200С
|
±100С
|
|
|
Влажность
|
Предельное отклонение
|
|
|
65%
|
±15%
|
|
|
Нормальная область частот
|
Рабочая область частот
|
|
|
40ч60Гц
|
60ч500Гц
|
|
|
Ток параллельных цепей ваттметра
|
Предельное отклонение
|
|
|
30мА
|
±0,5мА
|
|
|
Сопротивление параллельных цепей ваттметра
|
|
|
16 кОм
|
±0,3кОм
|
.
Подготовка к выполнению измерений
При подготовке к выполнению измерений следует провести следующие работы:
- 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 Ракт. ваттметром, до одной значащей цифры
после запятой.
При выполнении измерений реактивной мощности необходимо выполнение
следующих операций:
- выполнить однократное измерение Ракт. 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 φ;
значение Рреакт. вычислить по формуле (1).
10.
Обработка результатов измерений
Обработка результатов измерений активной мощности производится согласно
методике проведения однократного измерения:
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;
. Вычисление цены деления прибора и умножение её на число делений
шкалы. Для определения цены деления конечное значение диапазона измерений
разделить на число делений шкалы;
. Получение одного значения отсчёта;
. Значение активной мощности принимается равным:
где
- поправка, вносимая в показания прибора при
отклонении условий измерений от нормальных (см. табл.2);
. Определение
максимально возможного отклонения 
результата
однократного измерения 
от значения измеряемой величины Ракт.
. 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 Рреакт. вычисляется соответственно по
формулам:
%
Вар
- определение пределов, в которых находится значение измеряемой
величины:
.
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
. Справочник
по электроизмерительным приборам под ред. К.К.Илюшина
. Каталог
«Радиоизмерительные приборы `83», Часть 1.- М.1983
. Шишкин
И.Ф. Теоретическая метрология. - М.: Высшая школа, 1993
. ГОСТ
Р 8.563-96 «ГСИ. Методики выполнения измерений»
. МИ
1967-89 «ГСИ. Выбор методов и средств измерений при разработке методик
выполнения измерений. Общие положения»
. 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: tокр.ср. оС
влажность %
fизм. Гц
|
Результат проведения измерения
|
Max возможное отклонение результата измерения
|
|
Наличие поправок ваттметра/фазометра
|
|
|
|
Значение Ракт.
|
|
|
|
Показания фазометра
|
|
|
|
Значение tq φ
|
|
|
|
Значение Рреакт.
|
|
|
|
В результате проведенных измерений значение:
|
Ракт
|
Вт
|
|
|
Рреакт
|
Вар
Похожие работы на - Разработка методики выполнения измерений активной и реактивной мощности в сети переменного тока
|