Электрические измерения (стр. 14 из 15)
1 Рациональное использование электрооборудования, заключающееся в следующем:
а) систематическое наблюдение за работой и нагрузкой двигателей, замена малонагруженных двигателей двигателями меньшей мощности;
б) ограничение времени холостого хода двигателей, для чего необходимо применять автоматический пуск и остановку на расстоянии, блокировки и сигнализацию;
в) нормальная нагрузка двигателей путем улучшения технологического процесса, повышения загрузки оборудования;
г) отключение неработающих трансформаторов от сети;
д) применение высокоскоростных двигателей с короткозамкнутым ротором по возможности открытого исполнения;
е) качественный ремонт оборудования.
Проведение указанных мероприятий приводит к значительному увеличению естественного cosφ до 0,7-0,8. естественным называется коэффициент мощности, получающийся без применения специальных технических средств.
2 Технические мероприятия, заключающиеся в замене асинхронных двигателей синхронными, использование синхронных двигателей в качестве компенсаторов (то есть двигателей, работающих в холостую и вырабатывающих реактивную мощность) и в установке конденсаторов. Применение этих мероприятий приводит к искусственному повышению cosφ.
3 Тарифно-экономические мероприятия, которые заключаются в предоставлении предприятию скидки или взиманию надбавки к тарифу на электроэнергию в зависимости от величины коэффициента мощности.
При cosφ < 0,9 предприятие платит надбавку к тарифу по специальной шкале: при cosφ > 0,92 предприятие получает соответствующую скидку. Коэффициент мощности от 0,9 до 0,92 называется нейтральным, так как не оказывает влияния на стоимость электроэнергии.
Идея искусственного повышения cosφ заключается в следующем: общий ток потребителя рассматривают состоящим из активной и реактивной составляющих. Активная мощность потребителя при данном напряжении определяется активной составляющей тока
Р = U Ia (10.5)
поэтому при заданном значении активной мощности, активная составляющая тока должна оставаться неизменной. Снизить ток потребителя можно только за счет уменьшения реактивной составляющей тока потребителя. Последнее можно осуществить только путем параллельного подключения к нагрузке какого-либо приемника с емкостным током. Таким приемником может быть или синхронный компенсатор, или батарея специальных конденсаторов. Обычно при помощи батареи конденсаторов повышают cosφ до 0,9-0,95.
Объект и средства исследования
Объектом исследования служит электрическая цепь, состоящая из параллельно соединенных катушки индуктивности и емкости (рисунок 10.1).
Рисунок 10.1
Для проведения исследования используют:
1) источник электрической энергии переменного тока – 30 в;
2) ваттметр с пределом измерения 0-1200 Вт;
3) вольтметр – 0-100 В;
4) амперметры – 0-2 А;
5) катушка индуктивности;
6) магазин емкостей;
7) ключ К.
В работе используется ваттметр с пределами измерения по току 2,5 и 5 А и по напряжению 30 В, 75 в, 150 в, 30 в, 450 в и 60 в. Токовая катушка ваттметра включается последовательно в цепь, катушка напряжения – параллельно.
Рабочее задание
1 Собрать электрическую цепь (рисунок 10.1). Ключ К – разомкнут. Включить автомат переменного тока и записать показания приборов в таблицу 10.1 в графу «до компенсации».
Таблица 10.1
| Режим работы цепи | Данные измерений | Результаты вычислений | ||||||
| U | I | I1 | I2 | P | cosj | j | С | |
| До компенсации | ||||||||
| После компенсации | ||||||||
2 Замкнуть ключ К, то есть параллельно катушке индуктивности подключить емкость (рисунок 10.1). включить автомат переменного тока, записать показания приборов в таблицу 10.1 в графу «после компенсаци2.
ВНИМАНИЕ: после окончания каждого опыта автомат переменного тока отключать.
По данным измерений определить cosφ и угол сдвига фаз между током и напряжением φ до и после компенсации. Построить векторную диаграмму, на которой указать угол φ до и после компенсации (рисунок 10.2).
Рисунок 10.2
φ – угол сдвига фаз до компенсации; φ| - угол сдвига фаз после компенсации; I=I1 – ток в цепи до компенсации; I’ – ток в цепи после компенсации; I2 – ток в цепи с емкостью.
Контрольные вопросы
1. Что называется коэффициентом мощности?
2. В чем состоит экономическое значение коэффициента мощности?
3. В чем состоят меры повышения коэффициента мощности?
4. Как коэффициент мощности влияет на эффективность работы электрооборудования?
Рекомендуемая литература
1 Зайдель Х.Э. и др. Электротехника : Учебник для неэлектрических специальностей вузов / Х.Э.Зайдель, В.В.Коген-Далин, В.В.Крымов и др.; Под редакцией В.Г.Герасимова. – 3-е изд., перераб. и доп. – М. : Высшая школа, 1985. - с.119-122.
2 Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника : Учебное пособие для вузов. – 4-е изд., перераб. – М. : Энергоатомиздат, 1983. - с.92-94.
Лабораторная работа № 11 Измерение сопротивлений на постоянном токе методом амперметра и вольтметра
Цель работы: измерение малого и большого сопротивления на постоянном токе методом двух приборов.
Теоретические сведения
Сопротивление – один из важнейших параметров электрической цепи. Одни сопротивления сохраняют свои значения в различных условиях, другие, наоборот, изменяются во времени, от температуры, от влажности и т. п. Поэтому при изготовлении электрических машин, аппаратов, приборов, при монтаже электроустановок необходимо производить измерение сопротивлений.
По значениям сопротивления делят на три группы: малые (10 Ом и меньше), средние (10-0,1 Мом) и большие (от 0,1 Мом и выше).
При измерении малых сопротивлений на результат измерения влияют сопротивления соединительных проводов, контактов и т.д. При измерении больших сопротивлений необходимо считаться с объемными и поверхностными сопротивлениями.
Измерение сопротивлений твердых проводников производят на постоянном токе, так как при этом, с одной стороны, исключаются погрешности, связанные с влиянием емкости и индуктивности объекта измерения, с другой стороны, появляется возможность применять приборы магнитоэлектрической системы, имеющие высокую чувствительность и точность.
Магнитоэлектрическая система
Приборы магнитоэлектрической системы применяются для измерения постоянных токов и напряжений (амперметры, вольтметры), сопротивлений (омметры) и т.д. На рисунке 11.1 показано устройство магнитоэлектрического измерительного механизма с подвижной катушкой.
Рисунок 11.1 – Устройство магнитоэлектрического измерительного механизма
На рисунке 11.1: 1 – постоянный магнит, 2 – магнитопровод, 3 – полосные наконечники, 4 – неподвижный сердечник, 5 – спиральная пружина, 6 – подвижная катушка, 7 – магнитный шунт, 8 – указатель.
Ток к подвижной катушке подводится через две спиральные пружинки. Вращающий момент возникает в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля катушки с током и определяется
M = B S W I (11.1)
где I – ток в рамке;
B – магнитная индукция в зазоре;
S – площадь рамки;
W – количество витков катушки.
Установившееся положение подвижной части определяется равенством вращающего и противодействующего момента, которое можно записать
I B S W = D α (11.2)
где D – удельный противодействующий момент;
α – угол поворота подвижной части.
Отсюда угол поворотной части:
α =
(11.3)Он пропорционален току, и, следовательно, прибор имеет равномерную шкалу.
Электромагнитная система
Приборы электромагнитной системы применяются для измерения переменных и постоянных токов и напряжений (амперметры, вольтметры). Из-за относительно низкой стоимости и удовлетворительных характеристик электромагнитные приборы составляют большую часть всего парка щитовых приборов.
Электромагнитный измерительный механизм с плоской катушкой включает: ось, указательную стрелку, катушку, эксцентрически укрепленный на оси ферромагнитный сердечник, пружины для создания противодействующего момента, воздушный успокоитель.
При протекании тока I через катушку сердечник намагничивается и втягивается в зазор катушки. Вращающий момент определяется:
(11.4)где WЭН – энергия электромагнитного поля катушки с сердечником;
L – индуктивность катушки, зависящая от положения сердечника.
Положение равновесия подвижной части определяется равенством моментов
М = МАР = D α (11.5)
отсюда угол поворота подвижной части
α =
(11.6)Угол будет пропорционален квадрату действующего значения тока и будет одинаков как при постоянном, так и при переменном токе.
Все электроизмерительные приборы подразделяются по следующим признакам: по роду тока (приборы постоянного и переменного тока), по принципу действия в зависимости от системы (таблица11.1), по степени точности, по степени защищенности от внешних полей и т.д.
Кроме обозначения системы прибора, на его шкале указываются следующие технические данные: 1,5 – класс точности при нормировании погрешности в процентах диапазона измерения; |, __ – вертикальное и горизонтальное положение шкалы; * - измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана напряжением, например 2 кВ.