Sprawozdanie10

Zespół Szkół Elektronicznych Elektrycznych i Mechanicznych w Bielsku-Białej im. Jędrzeja Śniadeckiego	Pracownia elektrotechniki i elektroniki	Rok szkolny 2023 / 2024
Sprawozdanie z ćwiczenia nr: 10	Daniel Krywult	Data wykonania ćwiczenia: 14.02.2024	Grupa: 4
	Klasa: 2 TR2
Temat ćwiczenia: Pomiar mocy czynnej w obwodach jednofazowych prądu przemiennego		Oddano: 21.02.2024	Ocena:

1. Cel ćwiczenia

   Celem ćwiczenia jest przeprowadzenie serii pomiarów i ich analiza z wykorzystaniem różnych układów pomiarowych zgodnie z przedstawionymi schematami oraz zrozumienia ich praktycznego zastosowania i działania.

2. Schematy pomiarowe wykorzystywane w ćwiczeniu

1. Układ pomiarowy do wyznaczania poboru mocy za pomocą jednego watomierza dla odbiornika o charakterze czysto rezystancyjnym

gdzie:
V - woltomierz cyfrowy
A - amperomierz analogowy
W - woltomierz analogowy
Ż - żarówka

2. Układ pomiarowy do porównania wskazań miernika analogowego z miernikiem cyfrowym na podstawie pomiaru poboru mocy dla odbiornika o charakterze czysto rezystancyjnym

gdzie:
V - woltomierz cyfrowy
A - amperomierz analogowy
W - woltomierz analogowy
W2 - woltomierz cyfrowy
Ż - żarówka

3. Układ pomiarowy do wyznaczania błędów podczas bezpośredniego i pośredniego pomiaru mocy na podstawie pomiaru poboru mocy dla odbiornika o charakterze czysto rezystancyjnym

gdzie:
V - woltomierz cyfrowy
A - amperomierz analogowy
W - woltomierz analogowy
cosφ - miernik współczynnika mocy
Ż - żarówka

3. Przebieg ćwiczenia

1. Zapoznano się z instrukcją;
2. Zebrano na stanowisku pomiarowym wszystkie; potrzebne elementy do przeprowadzenia ćwiczenia;
3. Zmierzono rezystancję wewnętrzną watomierza analogowego;
4. Wyznaczono stałe podziałki mierników analogowych;
5. Ustawiono pokrętło transformatora na 0 V;
6. Skonfigurowano układ pomiarowy przedstawiony na rysunku 1;
7. Poinformowano nauczyciela prowadzącego zajęcia z “Pracownia elektrotechniki i elektroniki” o gotowości do wykonywania pomiarów - zmieniano napięcie od 10 V do 230 V co 10 V i odczytano oraz zapisano wyniki do tabelki;
8. Wyłączono zasilacz;
9. Rozmontowano układ pomiarowy;
10. Wymieniono żarówkę na inną o innej mocy;
11. Skonfigurowano układ pomiarowy przedstawiony na rysunku 2;
12. Poinformowano nauczyciela nauczyciela prowadzącego zajęcia o gotowości do wykonywania pomiarów - zmieniano napięcie od 10 V do 230 V co 10 V i odczytano oraz zapisano wyniki do tabelki;
13. Wyłączono zasilacz;
14. Rozmontowano układ pomiarowy;
15. Wymieniono żarówkę na inną o innej mocy;
16. Skonfigurowano układ pomiarowy przedstawiony na rysunku 3;
17. Poinformowano nauczyciela nauczyciela prowadzącego zajęcia o gotowości do wykonywania pomiarów - zmieniano napięcie od 10 V do 230 V co 10 V i odczytano oraz zapisano wyniki do tabelki;
18. Wyłączono zasilacz;
19. Posprzątano stanowisko pomiarowe;
20. Przystąpiono do zrobienia sprawozdania;

4. Tabela wyników

1. Tabela wyników dla układu pomiarowego przedstawionego na rysunku 1

Numer pomiaru	UV	IA	PWM	PWT	ΔP	δP
	[V]	[A]	[W]	[W]	[W]	[%]
1	10	0.05	0	0.5	-0.5	100.00
2	20	0.06	2	1.2	0.8	66.67
3	30	0.07	2	2.1	-0.1	4.76
4	40	0.08	4	3.2	0.8	25.00
5	50	0.09	4	4.5	-0.5	11.11
6	60	0.09	6	5.4	0.6	11.11
7	70	0.1	8	7	1	14.29
8	80	0.1	8	8	0	0.00
9	90	0.11	10	9.9	0.09	01.01
10	100	0.12	12	12	0	0.00
11	110	0.12	14	13.2	0.8	06.06
12	120	0.13	16	15.6	0.39	2.56
13	130	0.13	18	16.9	1.1	6.51
14	140	0.14	20	19.6	0.39	02.04
15	150	0.14	22	21	0.9	4.76
16	160	0.15	24	24	0	0.00
17	170	0.15	26	25.5	0.5	1.96
18	180	0.16	30	28.8	1.2	4.17
19	190	0.16	30	30.4	-0.4	1.32
20	200	0.17	34	34	0	0.00
21	210	0.17	36	35.7	0.29	0.84
22	220	0.17	38	37.4	0.59	1.60
23	230	0.18	40	41.4	-1.4	3.38

gdzie:
UV - wskazanie woltomierza V1
IA - wskazanie amperomierza A1
PWM - wskazanie watomierza W1
PWT - wartość teoretyczna wskazania watomierza W obliczana z wzoru:

PWT = UV * IA

ΔP \- błąd bezwzględny pomiaru wartości mocy pobieranej przez odbiornik Ż,  

wyznaczony z wzoru:
ΔP = PWM - PWT

δP - błąd względny pomiaru wartości mocy pobieranej przez odbiornik Ż, wyznaczony z
wzoru:

δP = ( | ΔP | / PWT ) * 100%

2. Tabela wyników dla układu pomiarowego przedstawionego na rysunku 2

Numer pomiaru	UV	IA	PWM1	PWM2	PWT	ΔP1	δP1	ΔP2	δP2
	[V]	[A]	[W]	[W]	[W]	[W]	[%]	[W]	[%]
1	10	0.11	2	0	1.1	0.90	81.82	-1.10	100.00
2	20	0.14	2	1	2.8	-0.80	28.57	-1.80	64.29
3	30	0.16	4	3	4.8	-0.80	16.67	-1.80	37.50
4	40	0.18	6	5	7.2	-1.20	16.67	-2.20	30.56
5	50	0.2	10	8	10	0.00	0.00	-2.00	20.00
6	60	0.22	14	11	13.2	0.80	06.06	-2.20	16.67
7	70	0.23	16	14	16.1	-0.10	0.62	-2.10	13.04
8	80	0.25	20	18	20	0.00	0.00	-2.00	10.00
9	90	0.26	24	22	23.4	0.60	2.56	-1.40	5.98
10	100	0.28	28	26	28	0.00	0.00	-2.00	7.14
11	110	0.29	32	30	31.9	0.10	0.31	-1.90	5.96
12	120	0.3	36	34	36	0.00	0.00	-2.00	5.56
13	130	0.32	42	39	41.6	0.40	0.96	-2.60	6.25
14	140	0.33	46	43	46.2	-0.20	0.43	-3.20	6.93
15	150	0.34	50	48	51	-1.00	1.96	-3.00	5.88
16	160	0.35	56	53	56	0.00	0.00	-3.00	5.36
17	170	0.36	62	59	61.2	0.80	1.31	-2.20	3.59
18	180	0.38	68	64	68.4	-0.40	0.58	-4.40	6.43
19	190	0.39	74	70	74.1	-0.10	0.13	-4.10	5.53
20	200	0.4	80	76	80	0.00	0.00	-4.00	5.00
21	210	0.41	86	82	86.1	-0.10	0.12	-4.10	4.76
22	220	0.42	92	88	92.4	-0.40	0.43	-4.40	4.76
23	230	0.43	98	95	98.9	-0.90	0.91	-3.90	3.94

gdzie:
UV - wskazanie woltomierza V1
IA - wskazanie amperomierza A1
PWM1 - wskazanie watomierza W1
PWM2 - wskazanie watomierza W2
PWT - wartość teoretyczna wskazania watomierza W obliczana z wzoru:

PWT = UV * IA

ΔP1 \- błąd bezwzględny pomiaru wartości mocy, z wykorzystaniem watomierza  

analogowego, pobieranej przez odbiornik Ż,
wyznaczony z wzoru:
ΔP1 = PWM1 - PWT

δP1 - błąd względny pomiaru wartości mocy, z wykorzystaniem watomierza
analogowego pobieranej przez odbiornik Ż, wyznaczony z
wzoru:

δP1 = ( | ΔP1 | / PWT ) * 100%

ΔP2 - błąd bezwzględny pomiaru wartości mocy, z wykorzystaniem watomierza cyfrowego, pobieranej przez odbiornik Ż,
wyznaczony z wzoru:
ΔP2 = PWM2 - PWT

δP - błąd względny pomiaru wartości mocy, z wykorzystaniem watomierza cyfrowego, pobieranej przez odbiornik Ż, wyznaczony z
wzoru:

δP = ( | ΔP | / PWT ) * 100%

3. Tabela wyników dla układu pomiarowego przedstawionego na rysunku 3

Numer pomiaru	UV	IA	cosᵠ	PWM	PWT	ΔP	δP
	[V]	[A]	[ - ]	[W]	[W]	[W]	[%]
1	10	0	0.27	0	0	0	0.00
2	20	0.06	0.52	2	1.2	0.8	66.67
3	30	0.07	0.71	2	2.1	-0.1	4.76
4	40	0.08	0.83	4	3.2	0.8	25.00
5	50	0.09	0.9	4	4.5	-0.5	11.11
6	60	0.09	0.94	6	5.4	0.6	11.11
7	70	0.1	0.95	8	7	1	14.29
8	80	0.1	0.96	8	8	0	0.00
9	90	0.11	0.97	10	9.9	0.09	01.01
10	100	0.12	0.98	12	12	0	0.00
11	110	0.12	0.98	14	13.2	0.8	06.06
12	120	0.13	0.98	16	15.6	0.39	2.56
13	130	0.13	0.98	18	16.9	1.1	6.51
14	140	0.14	0.99	20	19.6	0.3	02.04
15	150	0.14	0.99	22	21	0.9	4.76
16	160	0.15	0.99	24	24	0	0.00
17	170	0.15	0.99	26	25.5	0.5	1.96
18	180	0.16	0.99	28	28.8	-0.8	2.78
19	190	0.16	0.99	30	30.4	-0.4	1.32
20	200	0.17	0.99	34	34	0	0.00
21	210	0.17	0.99	36	35.7	0.29	0.84
22	220	0.18	0.99	38	39.6	-1.6	04.04
23	230	0.18	0.99	42	41.4	0.6	1.45

gdzie:
UV - wskazanie woltomierza V1
IA - wskazanie amperomierza A1
cosφ - wskazanie miernika współczynnika mocy
PWM - wskazanie watomierza W1
PWT - wartość teoretyczna wskazania watomierza W obliczana z wzoru:

PWT = UV * IA

ΔP \- błąd bezwzględny pomiaru wartości mocy pobieranej przez odbiornik Ż,  

wyznaczony z wzoru:
ΔP = PWM - PWT

δP - błąd względny pomiaru wartości mocy pobieranej przez odbiornik Ż, wyznaczony z
wzoru:

δP = ( | ΔP | / PWT ) * 100%

5. Obliczenia

1. Dla układu pomiarowego, którego schemat został przedstawiony na rysunku 1

PWT - wartość teoretyczna wskazania watomierza W obliczana z wzoru:

PWT = UV * IA

ΔP \- błąd bezwzględny pomiaru wartości mocy pobieranej przez odbiornik Ż,  

wyznaczony z wzoru:
ΔP = PWM - PWT

δP - błąd względny pomiaru wartości mocy pobieranej przez odbiornik Ż, wyznaczony z
wzoru:

δP = ( | ΔP | / PWT ) * 100%

1.
PWT = UV * IA = 10 V * 0.05 A = 0.5 W
ΔP = PWM - PWT = 0 W - 0.5 W = - 0.5 W
δP = ( | ΔP | / PWT ) * 100% = ( | - 0.5 W | / 0.5 W) * 100% = 100%
2.
PWT = 20 V * 0.06 A = 1.2 W
ΔP = 2 W - 1.2 W = 0.8 W
δP = ( | 0.8 W | / 1.2 W ) * 100% = ( 0.8 W / 1.2 W ) * 100% = 66.67%

3.
PWT = 30 V * 0.07 A = 2.1 W
ΔP = 2 W - 2.1 W = -0.1 W
δP = ( | -0.1 W | / 2.1 W ) * 100% = ( 0.1 W / 2.1 W ) * 100% = 4.76%

4.
PWT = 40 V * 0.08 A = 3.2 W
ΔP = 4 W - 3.2 W = 0.8 W
δP = ( | 0.8 W | / 3.2 W ) * 100% = ( 0.8 W / 3.2 W ) * 100% = 25.00%

5.
PWT = 50 V * 0.09 A = 4.5 W
ΔP = 4 W - 4.5 W = -0.5 W
δP = ( | -0.5 W | / 4.5 W ) * 100% = ( 0.5 W / 4.5 W ) * 100% = 11.11%

2. Dla układu pomiarowego, którego schemat został przedstawiony na rysunku 2

PWT - wartość teoretyczna wskazania watomierza W obliczana z wzoru:

PWT = UV * IA

ΔP1 \- błąd bezwzględny pomiaru wartości mocy, z wykorzystaniem watomierza  

analogowego, pobieranej przez odbiornik Ż,
wyznaczony z wzoru:
ΔP1 = PWM1 - PWT

δP1 - błąd względny pomiaru wartości mocy, z wykorzystaniem watomierza
analogowego pobieranej przez odbiornik Ż, wyznaczony z
wzoru:

δP1 = ( | ΔP1 | / PWT ) * 100%

1.
PWT = UV * IA = 10 V * 0.11 A = 1.1 W
ΔP1 = PWM1 - PWT = 2 W - 1.1 W = 0.90 W
δP1 = ( | ΔP1 | / PWT ) * 100% = ( | 0.90 W | / 1.1 W) * 100% = 81.82%

2.
PWT = UV * IA = 20 V * 0.14 A = 2.8 W
ΔP1 = PWM1 - PWT = 2 W - 2.8 W = -0.80 W
δP1 = ( | ΔP1 | / PWT ) * 100% = ( | -0.80 W | / 2.8 W) * 100% = 28.57%

3.
PWT = UV * IA = 30 V * 0.16 A = 4.8 W
ΔP1 = PWM1 - PWT = 4 W - 4.8 W = -0.80 W
δP1 = ( | ΔP1 | / PWT ) * 100% = ( | -0.80 W | / 4.8 W) * 100% = 16.67%

4.
PWT = UV * IA = 40 V * 0.18 A = 7.2 W
ΔP1 = PWM1 - PWT = 6 W - 7.2 W = -1.20 W
δP1 = ( | ΔP1 | / PwT ) * 100% = ( | -1.20 W | / 7.2 W) * 100% = 16.67%

6. Wykresy

1. Dla układu pomiarowego, którego schemat został przedstawiony na rysunku 1

1. Wykres liniowy: PWM, PWT = f (UV)

2. Wykres punktowy: ΔP = f (numer_pomiaru)

3. Wykres punktowy: δP = f (numer_pomiaru)

  b) Dla układu pomiarowego, którego schemat został przedstawiony na rysunku 2

1. Wykres liniowy: PWM1,PWM2, PWT = f (UV)

2. Wykres punktowy: ΔP1, ΔP2 = f (numer_pomiaru)

3. Wykres punktowy: δP1,δP2 = f (numer_pomiaru)

c) Dla układu pomiarowego, którego schemat został przedstawiony na rysunku 3

1. Wykres liniowy: PWM, PWT = f (UV)

2. Wykres punktowy: ΔP = f (numer_pomiaru)

3. Wykres punktowy: δP = f (numer_pomiaru)

7. Elementy wykorzystane w ćwiczeniu

1. Miernik współczynnika mocy;
2. Amperomierz analogowy;
3. Watomierz analogowy;
4. Woltomierz cyfrowy;
5. Watomierz cyfrowy;
6. Przewody łączące;
7. Autotransformator;
8. Kostka zasilająca;
9. Omomierz;
10. Żarówka;
11. Węzły;

8. Wnioski

1. Tak jak to pokazuje tabela b), w przypadku pomiarów watomierzem analogowym, im dalej od początkowych pomiarów tym pomiary watomierzem analogowym są dokładniejsze względem pomiarów cyfrowego;
2. W tabeli c) można zauważyć, że cosφ nie przekracza 0.99 co potwierdza wektor wypadkowy napięcia i natężenia;
3. Wykresy z podpunktów a) 1, b) 1, c) 1 i ich wartości teoretycznie praktycznie pokrywają się z wartościami mierzonymi, co pokazuje zgodność i poprawność wykonanych pomiarów oraz informuje o mniejszym popełnieniu błędów;