Порядок выполнения лабораторной работы. метрологическое обеспечение экспериментальных данных

1. Собрать электрическую схему, приведенную на рисунок 11, при этом все модули стенда должны быть ОТКЛЮЧЕНЫ!

Рисунок 11- Электрическая схема с активной нагрузкой

Кроме активной нагрузки, данная схема позволяет исследовать характеристики индуктивной и осветительной нагрузок, подключаемых вместо модуля активной нагрузки (схема соединения индуктивной и осветительной нагрузок — звезда без нулевого провода).

2. Установить ручной режим работы модулей преобразователя частоты, возбуждения и выключателя и ручки всех потенциометров задействованных модулей в нулевое положение (крайнее положение против часовой стрелки). Проверить, что мультиметр работает в режиме измерения переменного напряжения. Переключатель величины нагрузки SA1 установить в среднее положение.

3. Включить автоматический выключатель модуля питания стенда QF1.

4. Включить преобразователь частоты и запустить приводной двигатель

и установить эту частоту равную 50Гц.

5. Включить питание измерителя мощности и выбрать измерение линейного напряжения на выходе трансформатора, на данном этапе оно равно нулю.

6. Включить модуль возбуждения и, изменяя ток возбуждения, установить линейное напряжение на выходе трансформатора равным 380В.

7. Включить питание мультиметра, измеряющего переменное напряжение на нагрузке.

8. Включить выключатель, проконтролировать мультиметром наличие напряжения на нагрузке, а измерителем мощности наличие токов во всех фазах нагрузки.

9. Под нагрузкой линейное значение напряжение на выходе трансформатора устанавливается меньшим номинального, регулируя напряжение возбужден генератора довести его до 380В.

10. Установить показания измерителя мощности на измерения активной мощности (суммарная трехфазная активная мощность).

11. Изменяя ток возбуждения генератора, снять зависимость активной мощности от напряжения сети P=f(U) для U= 380...250В при f=50Гц.

12. Установить показания измерителя мощности на измерение реактивной мощности и аналогичным образом снять зависимость реактивной мощности от напряжения сети Q=f(U).

13. Изменяя частоту напряжения генератора с помощью модуля преобразователя частоты и контролируя напряжение на мультиметре снять зависимость активной мощности от частоты сети P=f(f) для f= 45...55Гц при U= 380В (не допускать превышение напряжения на нагрузке более 400В).

14. Аналогичным образом снять зависимость реактивной мощности от частоты сети Q=f(f) для f= 45...55Гц при U= 380B.

15. Выключить стенд, для этого сделать равным нулю ток возбуждения генератора и выключить модуль возбуждения, выключить модуль преобразователя частоты, выключить автоматический выключатель модуля питания стенда.

16. Собрать схему с индуктивной нагрузкой и выполнить включение и проверку работоспособности модулей стенда в той же после последовательности, что и для активной нагрузки.

Таблица 2 – Результаты и измерений и вычислений

17. Снять аналогичные характеристики P=f(U), Q=f(U) при f= 50Гц и P=f(f), Q=f(f) при U= 380B для индуктивной нагрузки.

18. Выполнить п.п. 15... 17 и выполнить исследование осветительной нагрузки, при этом тщательно выполнять требование по напряжению на нагрузке U<380B.

19. Выключить стенд в той же последовательности, что и в п. 15.

20. Занести результаты измерений в таблицу 2, обработать полученные результаты, построить зависимости активной и реактивной мощностей от напряжения и частоты питающей сети для активных и реактивной нагрузок, найти полную мощность и коэффициент мощности, сделать выводы и оформить отчет по работе.

Результаты измерений можно представить в следующем виде

(16)

где ∆x – погрешность измерений.

Точно определить величину погрешности невозможно, так как она носит случайный характер. Иначе можно было бы найденную погрешность ввести в результат измерения и получить истинное значение x_ист. Задачей математической статистики является наилучшая оценка результата x_ист и нахождение пределов интервала (3) по результатам измерений.

Точно определить величину погрешности невозможно, так как она носит случайный характер. Иначе можно было бы найденную погрешность ввести в результат измерения и получить истинное значение x_ист. Задачей математической статистики является наилучшая оценка результата x_ист и нахождение пределов интервала (16) по результатам измерений.

Если проведено n измерений величины x, то среднее арифметическое значение принимается за лучшую оценку истинного результата измерений

(17)

где x_i – результат i-го измерения.

Средняя квадратичная погрешность определяется по формуле

(18)

где n – число измерений.

Важно знать, насколько может отличаться от истинного значения x среднее арифметическое, полученное по формуле (18) для n повторных равноточных измерений. Из теории видно, что средняя квадратичная погрешность среднего арифметического S равна средней квадратичной погрешности каждого результата измерений S_n, деленного на корень из числа измерений n

(19)

Вероятность того, что результат измерений отличается от истинного на величину, не большую, чем ∆x обозначим через α. Вероятность α называется доверительной вероятностью, а интервал значений измеряемой величины от -∆x до +∆x называется доверительным интервалом.

Определим доверительный интервал. Чем большим он будет установлен, тем более вероятно, что x_ист окажется в этом интервале. Но широкий интервал дает меньшее представление относительно величины x_ист. При учете только случайных погрешностей и при небольшом числе измерений n для уровня доверительной вероятности α полуширина доверительного интервала равна

(20)

где t_α,n – коэффициент Стьюдента (таблица 3).

Таблица 3 – Коэффициент Стьюдента

Для окончательной установки границы доверительного интервала необходимо расширить его с учетом систематической погрешности ∆x_сист. Систематическая погрешность, как правило, указана в паспорте или на шкале прибора, а в некоторых случаях может быть принята равной половине цены деления младшего разряда шкалы. Суммарная погрешность (абсолютная) определяется как корень квадратный из суммы квадратов случайной и систематической погрешностей:

(21)

Относительная погрешность определяется как

(22)

Выражение (21) позволяет оценить величину погрешности по отношению к самой измеряемой величине, измеряется в процентах.

При обработке результатов прямых измерений предлагается следующий порядок операций.

1 Вычисляется среднее значение из n измерений по формуле (17).

2 По формуле (18) определяется среднеквадратичная погрешность среднего арифметического значения.

3 Задается доверительная вероятность α и определяется коэффициент Стьюдента t_α,n для заданного α и числа произведенных измерений n по таблице 2.

4 По формуле (20) находится полуширина доверительного интервала (абсолютная погрешность результата измерений).

5 Оценивается относительная погрешность результата измерений по формуле (22).

6 Окончательный результат записывается в виде

(23)