电工实验报告.docx
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电工实验报告.docx
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电工实验报告
电工实验报告
办公室用电负荷统计、测试与分析比较
1.实验目的
通过本实验使学生将电路理论中三相交流电路的知识、电气测量技术中三相交流负荷的测量方法、相关仪器仪表的使用以及小范围内三相负荷的统计计算、同时系数的选取方法等知识点和技能融为一体,并进一步理解用统计容量与计算容量及实测容量之间的关系,为更大范围的负荷统计及实测实验奠定基础。
2.实验原理
●办公室常用用电设备的统计与分析
电参数是用电设备的一个非常重要的参数,它对配电、线路铺设、经济考量都有很
重要的现实意义,因此测量电参数显得十分重要。
电参数有电压值、电流值、电功率值、电能值、电阻值等,本实验只测量其中的电压、电流、电功率。
电压的测量:
电压的测量原理是将测量电压表并联到处于额定功率状态的负载端,从而测量出整个负载的额定电压(一般都是220V)。
电流的测量:
电流测量时采用将电流表串联入负载一端的方法进行测量的,通过适当的电路设计可以将电流表对负载电流的影响降到最低,从而是数据更加准确。
而对于总电流的测量
则应在其总干路上串联电流表,此时应注意电流表的量程选择,及连接线材的选择。
功率的测量:
功率分为有功功率、无功功率和视在功率,针对不同功率有不同的测量方法。
视在功率的测量:
视在功率为电压和电流的乘积,因此只用将电压和电流分别测出然后相乘即可求出。
有功功率的测量:
有三种方案可供选择:
1.直接用有功功率表测量
具体的接线规则是将功率表的电流端串入负载一端,同时将电压端并入负载两端,注意其同名端的识别和接入;总功率的测量则需要按照上述规则将功率表接入总支路。
优点:
读数简单,准确率高。
缺点:
线路略微复杂,操作有些不便。
2.用电能表测量
将待测负载打开运行至其额定状态,关闭其他用电器,记录其时间、电能值等初始值,隔段时间,再记录其时间、电能值等最后值,算得电能值差和时间差,相除即得其有功功率。
P1=W/T
P1为有功功率,W为消耗电能值,T为时间差。
优点:
简单易行,读数方便,对于总功率的测量则更具优势。
缺点:
准确度不高,需要计算,并且影响其他用户用电。
无功功率的测量:
无功功率的测量有别于有功功率,主要通过电压和电流的乘积得到视在功率,然后用视在功率减去有功功率来实现。
在本实验中有两种方案可供选择:
1.伏安法
将电压表和电流表分别并入和串入负载端,记录数据,计算其有功功率。
P2=Sn-P1Sn=U*I
其中U是其额定电压,I是额定电流,Sn为视在功率,P1为有功功率,P2为无功功率。
优点:
准确度高,较真实的反映出其无功功率。
缺点:
线路复杂,计算精度取决于视在功率和有功功率的测量上。
2.用无功功率表测量
无功功率的接线和有功功率相似,参照有功功率表接线。
优点:
读数简单,无需计算。
需要系数和同时系数的计算:
需要系数:
需要系数可通过查表得知.同时系数:
同时系数是设备在满天时运行的平均功率和最大功率的比值,可以通过日常经验求得,这里我们假设同时系数为0.5。
测量仪器的选择
用电设备的选择不仅基于被测设备的用电量、电压、电流等原因,也要考虑测量设备的实用性、经济性、可实现性和安全性等原因,基于以上几个方面来选取电压表、电流表、功率表等一些测量仪器。
磁电系仪表:
优点:
准确度高、灵敏度高、仪表内部消耗功率小、刻度均匀。
缺点:
只能用于直流测量、过载能力小。
总结:
虽然磁电系优点很多,但不能测量交流电,因此不能采用磁电系仪表。
电磁系仪表:
优点:
结构简单、过载能力强、可以交直两用。
缺点:
刻度不均匀、准确度低、灵敏度低、功耗大、工作频率范围窄。
总结:
由于电磁系仪表准确度较低,因此对于测量一些小型用电器可能误差较大,因此测较大功率的电器时可以考虑使用。
电动系仪表:
优点:
准确度高、可以交直两用、能够成多种仪器。
缺点:
易受外磁场影响、过载能力小、刻度不均匀。
总结:
电动系虽然可以交直两用且准确度高,但其过载能力弱,可能需配合互感器使用,使得测量复杂化,因此应酌情使用。
不同仪器的优缺点:
多功能表
优点:
只用输入电流和电压就能得到三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功
率因数、电网频率、有功电能、无功电能,方便简洁缺点:
价格昂贵,使用注意事项多。
指针式万用表优点:
1)测量电压,电流无需电源。
适合长期在线检测。
2)抗电磁干扰能力强
3)对缓慢电压,电流波动指示直观
4)可以估测有直流成分波形的平均值
5)电阻档可以输出不同的电流和电压,适合测量一些半导体元件和做一些简单的实验
6)结构简单,生产容易,可靠性高,生产成本低。
7)适合初学者使用,用以掌握基础欧姆定律和其他基础原理,损坏后容易维修。
指针式万用表缺点:
1)精度不高
2)操作不便(需要转换档位,读取结果困难,需要分辨正负极)3)交流响应频带不宽4)受磁场干扰
5)内阻低,灵敏度低
6)怕震动
7)测量精度容易受物理摆放位置(角度)影响8)抗过载能力差
优点:
1)灵敏度高,精度高
2)使用方便(读数方便,有些有自动转换档位功能,不用分正负极)3)功能多,如精度较高的测量电容、电感、频率、温度等4)交流响应频带宽5)抗过载能力强
6)不受磁场影响
7)数字电路适合流水线大批量生产,降低生产成本8)可远程测量,可连接电脑在线记录数据。
9)不怕震动
数字式万用表缺点:
1)对缓慢变化的测量值显示不够直观(通过连接电脑采集数据解决,或通过示波表解决)
2)对有直流成分波形的测量,无法估计有效值(交流档测量?
或示波表解决)3)需要电源供应(大多数字表比较省电)
4)电阻档输出电压,电流较小,对简单的实验性测量不利。
(外接电压,电流源?
)5)容易受强电磁干扰的影响?
功率表:
单相电动系功率表(P37)
优点:
结构简单,使用方便,价格便宜,可测直流电路功率,也可测交流电路功率,
标度尺刻度近似均匀缺点:
电动系功率表有电压线圈和电流线圈,所以电压线圈前接法和电压线圈后接法低功率因数功率表
优点:
标尺按较低的额定功率因素来刻度,灵敏度较高三相有功功率表(接线法P41)
电能表:
三相三线有功电能表(DS15型P69)三相四线有功电能表(DT18型P70)
三相无功电能表(DX15DX1DX2接线P71)
仪器的选择:
电压表的选择:
由于要测电器的额定电压多为220V,而电源线电压为380V,因此应保证电压表量
程应在220~380之间。
即选择量程在220~380V之间的电压表。
电流表的选择:
由表1只其电流应介于0.07A~17.43A之间,因此选择电流表量程应介于这两值之间。
即选择量程在0~18A之间的电流表。
功率表的选择:
由表1知功率在70w~3835w之间,即应选择量程在0~4000w之间的功率表。
连接线材的选择:
连接线材的选择是基于其要测量电流量的大小,此次试验要测的电器电流
在0.067A~2.27A之间,而总支路电流则在11.18A~17.43A之间。
在选择线材时要有一定裕量,即比理论值要大一级,若采用四心电线,则由上述估算数据以及查表可得下表:
表2:
实验接线图
功率表:
由于一端要并入支路,一端要串入支路,对于并入端找一插头插在支路插座上,插头另一端接功率表并联端即可,对于串入端,可找一插头插在支路插座上,另一端串入功率表串联端即可。
电压表:
直接从插座并入即可。
电流表:
和功率表的串入相同。
图1
上图为单相连接原理图,p为总功率表,W1为有功功率表,W2为无功功率表。
图2
图2为三相四线中电压表、电流表、功率表的连接原理图,其中A为电流表,V为电压表,W为功率表。
如图:
图3
图3为电流表、电压表、功率表的连线示意图。
●实际测量时的接线方法
实际接线时应充分考虑接线条件,尽量不影响其他用户用电,接线时采用统一规范,这样容易测量和记录数据。
对于各设备的测量,测量接线遵从图1的接法,每个设备记录一组数据,然后换下一个设备,这样就减少了工作量。
对于总功率的测量则可采取在其总线处测量,也可用电能表计算。
我们统一采用标准的接线端子来做接连端,这样不仅有利于更换测量设备又安全可靠,对于和负载的连接则采用插座来连接,这样既安全又方便。
●实验数据记录及计算方法
表中需要系数为查询得知:
表3:
表3为实验记录表格
实际总功率及最大功率的计算方法:
1.计算容量是依照设备实际使用率打折的容量,是30分钟用电设备的最大容量。
需要系数Kx=计算容量/安装容量。
同时系数用于干线或者变电所,Kt=系统各部分最大需量之和/整个系统最大需求量。
2.通常用电设备铭牌上均标有额定电压、额定电流及容量(W、kW或VA、kVA及
cosφ)等,但其实际容量与标称值往往并不一定相等,或负载不一定达到额定值。
而在进行配电电气设计时,导线、开关的选择是根据用电设备的铭牌值进行负荷统计,在不同的范围视负荷的性质、使用情况取同时系数得到计算负荷来计算电流的。
同时使用系数最大值为1,但往往少于1.同时系数是设备使用的同时性,最多百分之多少设备一起用就乘以多少。
3.求计算负荷,是选择确定建筑物报装容量、变压器容量的依据;求计算电流,
是选择缆线和开关设备的依据;求有功计算负荷和无功计算负荷,是确定静电电容器容量的依据。
一般要计算用电负荷,通常用到以下两种方法:
(1)需要系数法——用设备功率乘以需要系数和同时系数,直接求出计算负荷。
用于设备数量多,容量差别不大的工程计算,尤其适用于配、变电所和干线的负荷计算。
(2)利用系数法——采用利用系数求出最大负荷区间内的平均负荷,再考虑设备台数和功率差异的影响,乘以与有效台数有关的最大系数,得出计算负荷。
适用于各种范围的负荷计算,但计算过程稍繁。
公式1:
设同时系数Kt为0.5则:
Pem=P1*K1+P2*K2+……+Pn*KnPe=(P1*K1+P2*K2+……+Pn*Kn)*Kt
其中Pem为实际最大总功率,Pe实际总功率,为Pn为用电设备,Kn为各个用
电设备的需要系数,Kt为同时系数。
3.实验步骤
1,查询各种用电设备的额定功耗、额定电压等数据,列成表格并计算缺省值,算
得同时系数、需要系数等辅助计算系数。
2,选取测量器材,根据不同需要选取不同器材,设计测量电路。
4,电压和电流的测量:
按照图1接线,分别测量各个设备的电参数,记录数据到表2中。
5,视在功率和无功功率的计算:
参照实验原理中的计算方法即可算出。
6,有功功率的测量:
用功率表测量:
1),将功率表接入所要测量的电器的支路。
2),分别测量其他电器。
3),将所测得功率相加。
4),测总支路上的功率消耗。
5),对比分析。
伏安法:
1),将电压表和电流表分别并、串入支路。
2),分别测量其他电器。
3),将所测得电压、电流相乘既得视在功率。
4),分别乘其功率因数角既得其有功功率,并相加。
5),测总支路上的功率消耗。
6),对比分析。
电能消耗计算功率:
1),停用除所测对象以外的电器。
2),观察、记录电能表初始电能及时间。
3),算得所测电器功率。
4),分别依照上述步骤测得其他电器功率。
5),测完后在同时使用所有电器,记录电能消耗及时间。
6),分析对比。
7,记录与分析
将实验数据记录和计算结果填到表2,分析思考功率、电压、电流、功率因数、需要系数、同时系数等之间的关系,比较各测量方法的优缺点。
4.实验注意事项
1.正确使用各个测量仪表,注意仪表的量程范围,防止烧坏仪表。
2.注意接线方式,防止短路事故,注意人身安全
项目一个人计算机实际用电负荷的测试与分析比较
实验目的:
1.初步掌握设计型实验的基本方法2.根据实验任务书完成设计
3.掌握实际测试单相小容量负荷的方法4.基本掌握实验结果分析方法
实验要求:
1.布置实验任务,学习设计型实验的基本方法2.完成实验设计
3.实验准备
4.对不同类型的个人计算机负荷进行测试5.实验报告
实验原理:
功率可分为有功功率和无功功率,无功功率=视载功率—有功功率;视载功率可以
用伏安法测得,有功功率可以用功率表测得,则可以推算出功率因素;要考察电脑的功耗水平,就要学会如何测量功率。
一般来说,我们测试的功率值是整个系统的。
因为电脑在运行时,我们难以通过某种方式测试到某个部件的具体功率。
比如,要单独测试CPU、显卡的功耗就很难,需要某些特殊的设备,普通用户只能测试整机的功率。
但是我们可以用软件加大系统的负载量,记录此时的峰值功率,通过和待机功率进行对比,了解其能耗水平。
举个例子,一台电脑在处理器满载的情况下,测试的整机功率为200W,而待机时的功耗为92W。
我们就可以计算出该硬件满载状态下的功耗提升了108W,它所使用的处理器算是功耗较高的产品。
实验的一般方法和步骤:
首先个人电脑pc可分为
1、台式机;台式机而言,功率一般100w~400w左右;2、笔记本。
笔记本而言,功率一般20w~150w左右;
对台式机和笔记本而言功率不一样,所以我们选的仪表的不一,线的粗细程度不一,但基本测量原理一样的。
首先,接线方法用排线座,从电源插口引线到排线插口,对相应的位置进行短接,再从排线口引线到插座,用电压电流表测量;(一般其内阻远远大于电流表内阻,用电流表内接法)
接线方法如图1所示;
1、先将插板的一根线断开,两断分别接到黑、红表笔上。
2、将黑红表笔分别插到万用表的COM孔和10A电流孔,档位选择为交流10A。
3、开启插板上的所有开关,启动电脑使其保持待机。
4、读取万用表上的电流读数。
5、读取电压表读数。
6、读取功率表读数。
7、启动电脑所有程序使其CPU满载,再测一次。
技能要点:
1、注意接线时不能短路;
2、注意不能有金属直接裸露在外,以免危机人身安全;3、测量时注意正负极并选取适当的档位以免烧坏仪表。
实验数据处理:
掌握实际接线方法、读表与测量数据记录,完成下表,并进行分析比较有功功率和无功功率,求出功率因素角。
仪表选择:
磁电系仪表:
优点:
准确度高、灵敏度高、仪表内部消耗功率小、刻度均匀。
缺点:
只能用于直流测量、过载能力小。
总结:
虽然磁电系优点很多,但不能测量交流电,因此不能采用磁电系仪表。
电磁系仪表:
优点:
结构简单、过载能力强、可以交直两用。
缺点:
刻度不均匀、准确度低、灵敏度低、功耗大、工作频率范围窄。
总结:
由于电磁系仪表准确度较低,因此对于测量一些小型用电器可能误差较大,因此测较大功率的电器时可以考虑使用。
电动系仪表:
优点:
准确度高、可以交直两用、能够成多种仪器。
缺点:
易受外磁场影响、过载能力小、刻度不均匀。
接线粗细的选择:
注意事项
1.正确使用各个测量仪表,注意仪表的量程范围,防止烧坏仪表。
2.注意接线方式,防止短路事故,注意人身安全
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