Меню

Измерение мощности энергии цепях переменного тока

Методы измерения мощности в электрических цепях

Очень часто при проектировании электрических схем радиолюбители сталкиваются с проблемой измерения мощности, которую потребляют радиокомпоненты. Специалисты в метрологической сфере рекомендуют два метода, позволяющих вычислить и грамотно рассчитать ее значение. В этом случае нужно разобрать подробнее физический смысл величины, а также ее составляющих, от которых она зависит.

Измерение мощности

Общие сведения

При проектировании устройств нужно уметь правильно рассчитывать мощность электроэнергии электрооборудованием. Это необходимо, прежде всего, для долговечной работы устройства. Если изделие работает на износ, то оно способно выйти из строя сразу или в течение некоторого времени.

Такой вариант считается недопустимым, поскольку существуют виды техники, которые должны работать без отказов (аппарат искусственного дыхания, контроль уровня метана в шахте и так далее), так как от этого зависит человеческая жизнь. К основным характеристикам электрической энергии относятся следующие: мощность, сила тока, напряжение (разность потенциалов) и электропроводимость (сопротивление) материалов.

Мощность потребителя

 измерение мощности в цепях переменного тока

Мощность не следует путать с электрической энергией. Единицей измерения первой является ватт (Вт), название которой произошло от фамилии известного физика Джеймса Уатта. Физическим смыслом 1 Вт является расход электрической энергии за единицу времени, равной 1 секунде (1 Вт = расход 1 джоуля за 1 секунду). Существуют производные единицы измерения: милливатт (1 мВт = 0,001 Вт), киловатт (1 кВт = 1000 Вт), мегаватт (1 МВт = 1000 кВт = 1000000 Вт), гигаватт (1 ГВт = 1000 МВт = 1000000 кВт = 1000000000 Вт) и так далее. Для измерения электрической энергии применяются специальные счетчики, а ее единицей измерения является Вт*ч.

Ватт можно связать с некоторыми физическими величинами: 1 Вт = 1 Дж/с = (1 кг * sqr (м)) / (c * sqr (c)) = 1 Н * м / с = 746 л. с. Последнее числовое значение называется электрической лошадиной силой. Ваттметр — измеритель электрической мощности. Однако ее величину можно определить и другим способом. Для этого следует разобрать физические величины, от которых она зависит.

Сила тока

Измерение электрической энергии

Количество электрического заряда, который проходит через токопроводящий материал за единицу времени, называется силой электрического тока. Сокращенно величину называют силой тока или током. Она обозначается литерами «I» или «i» и имеет направление (векторная величина). Измеряется ток в амперах (А). Существуют также производные единицы, образованные при помощи приставок: 1 мА = 0,001 А, 1 кА = 1000 А и так далее. Измерить его значение можно амперметром. Для этого его нужно подключать последовательно в электрическую цепь.

Физическим смыслом тока в 1 А является прохождение электрического заряда в 1 Кл (кулон) за 1 секунду через площадь поперечного сечения S. В 1 кулоне содержится примерно 6,241*10^(18) электронов.

Ток в научной интерпретации классифицируется на постоянный и переменный. Первый вид не изменяет своего направления за единицу времени, но его амплитудные значения могут изменяться. Направление и амплитуда переменного тока изменяется по определенному закону (синусоидальный и несинусоидальный). Основным параметром считается его частота. Определяется тип переменного тока с помощью осциллографа.

Электрическое напряжение

Электрическое напряжение

Из курса физики известно, что каждое вещество состоит из атомов, которые обладают нейтральным зарядом. Они состоят из субатомных частиц. К ним относятся следующие: протоны, электроны и нейтроны. Первые имеют положительный заряд, вторые — отрицательный, а третьи — не заряжены вообще.

Суммарный заряд протонов компенсирует заряд всех электронов. Однако под действием внешних сил это равенство нарушается, и электрон «вырывается» из атома, который уже обладает положительным зарядом. Он притягивает электрон с соседнего атома, и процесс повторяется до тех пор, пока энергия не будет минимальной (меньше энергии «вырывания» электрона).

При межатомном взаимодействии образуется электромагнитное поле с отрицательной или положительной составляющими. Разность между двумя точками противоположных по знаку составляющих называется электрическим напряжением. Работа электромагнитного поля по перемещению точечного электрического заряда из точки А в точку В называется разностью потенциалов. Физический смысл напряжения (U): разность потенциалов в 1 В между двумя точечными зарядами в 1 Кл, на перемещение которых тратится энергия электромагнитного поля, равная 1 Дж.

Единицей измерения является вольт (В). Определить значение разности потенциалов можно с помощью вольтметра, который подключается параллельно. Производными единицами измерения считаются следующие: 1 мВ = 0,001 В, 1 кВ = 1000 В, 1 МВ = 1000 кВ = 1000000 В и так далее.

Сопротивление электрической цепи

Электропроводимость материала зависит от нескольких факторов: электронной конфигурации, типа вещества, геометрических параметров и температуры. Сведения об электронной конфигурации вещества можно получить из периодической таблицы Д. И. Менделеева. Согласно этой информации вещества бывают:

  1. Проводниками.
  2. Полупроводниками.
  3. Диэлектриками.

К первой группе следует отнести все металлы, электролиты (растворы, проводящие ток) и ионизированные газы. Носителями электрического заряда в металлах являются электроны. В растворах их роль выполняют ионы, которые бывают положительными (анионы) и отрицательными (катионы). Свободными носителями заряженных частиц в газах считаются свободные электроны и положительно заряженные ионы.

Полупроводники проводят электричество только при определенных условиях. Например, при воздействии на него внешних сил. Под их действием кулоновские связи электрона с ядром уменьшаются. При этом отрицательно заряженная частица «вырывается». На ее месте образуется «дырка», обладающая положительным зарядом. Она притягивает соседний электрон, вырывая его с атома. В результате этого осуществляется движение электронов и дырок. Изоляторы или диэлектрики вообще не проводят электричество. К ним относятся материалы без свободных носителей заряда, а также инертные газы.

Сопротивление электрической цепи

В проводниках при повышении температурных показателей происходит рост величины сопротивления. При этом происходит разрушение и искажение кристаллической решетки. Заряженные частицы сталкиваются (взаимодействуют) с атомами и другими частицами материала. В результате их движение замедляется, но потом снова возобновляется под действием электромагнитного поля. Процесс этого «взаимодействия» называется электрической проводимостью вещества. Однако в полупроводниках при повышении температуры эта величина уменьшается. К геометрии материалов следует отнести следующие: длину и площадь поперечного сечения.

Сопротивление измеряется в Омах (Ом) при помощи омметра, который подсоединяется параллельно к участку цепи или радиодетали. Существуют производные единицы измерения: 1 кОм = 1000 Ом, 1 МОм = 1000 кОм = 1000000 Ом.

Методы измерения

Методы измерения тока

Мощность можно определить двумя способами: косвенным и прямым. В первом случае это делается при помощи амперметра и вольтметра, а также осциллографа. Измеряются значения напряжения и тока, а затем по формулам вычисляется мощность. Этот способ имеет один недостаток: величина мощности получается с некоторой погрешностью.

При использовании прямого метода используется специальный прибор-измеритель. Он называется ваттметром и показывает мгновенное значение мощности. У каждого из способов есть свои достоинства и недостатки. Какой из методов наиболее оптимален, определяет сам радиолюбитель. Если проектируется какое-либо изделие, которое отличается надежностью, то следует применять прямой метод. В других случаях рекомендуется воспользоваться косвенным методом.

Косвенный способ

Мощность в цепях постоянного и переменного токов определяется различными способами. Для каждого случая существуют свои законы и формулы. Однако мощность можно не рассчитывать, поскольку она указана на электрооборудовании. Расчет применяется только при проектировании устройств.

Для цепей постоянного тока нужно воспользоваться формулой: P = U * I. Ее можно вывести из закона Ома для участка или полной цепи. Если рассматривается полная цепь, то формула принимает другой вид с учетом ЭДС (е): P = e * I. Основные соотношения для расчета:

  1. Для участка электрической цепи: P = I * I * R = U * U / R.
  2. Для полной цепи, в которой подключен электродвигатель или выполняется зарядка аккумулятора (потребление): P = I * e = I * e — sqr (I) * Rвн = I * (e — (I * Rвн)).
  3. В цепи присутствует генератор или гальванический элемент (отдача): P = I * (e + (I * Rвн)).

Эти соотношения невозможно применять для цепей переменного тока, поскольку он подчиняется другим физическим законам. При измерении мощности в цепях переменного тока следует учитывать ее составляющие (активная, реактивная и полная). Если в цепи присутствует только резистор, то мощность считается активной. При наличии емкости или индуктивности — реактивной. Полная — сумма активной и реактивной составляющих.

Читайте также:  Кожаные перчатки пропускают ток или нет

Для вычисления первого типа физической величины применяется формула такого вида: Ра = I * U * cos (a). Значения тока и напряжения являются среднеквадратичными, а cos (a) — косинус угла между ними. Для определения реактивной мощности нужно воспользоваться следующей формулой: Qр = I * U * sin (a). Если нагрузка в цепи является индуктивной, то значение будет больше 0. В противном случае — меньше 0. Полная мощность Р определяется по следующему соотношению: P = Pa + Qp.

Прямое определение величины

Для определения значения мощности в цепях переменного и постоянного тока применяются ваттметры. В них используются электродинамические или ферроидальные механизмы. Приборы с электродинамическим механизмом выпускаются в виде переносных приборов. Они обладают высоким классом точности. Измерители мощности рекомендуется применять при выполнении точных расчетов для цепей постоянного и переменного тока с частотой до 5 кГц.

Измерительные приборы

Ферродинамические приборы изготавливаются в виде электронных узлов, которые вставляются в измерительные стенды или щитовые. Основное их назначение — контроль приблизительных параметров потребления мощности электрооборудованием. Они обладают низким классом точности и применяются для измерения значений мощности переменного тока. При постоянном токе погрешность увеличивается, поскольку это обусловлено искажением петли гистерезиса ферромагнитных сердечников.

По диапазону частот приборы можно разделить на две группы: низкочастотные и радиочастотные. Ваттметры низких частот применяются в сетях промышленного питания переменного тока. Радиочастотный тип рекомендуется применять для точных измерений при проектировании различной техники. Они делятся на две категории по мощности:

  1. Проходящие.
  2. Поглощающие.

Первый вид подключается в разрыв линии, а второй — в ее конец в качестве нагрузки согласования. Кроме того, приборы для измерения мощности бывают аналоговыми и цифровыми.

Ваттметр прибор

При измерении мощности на высоких частотах применяются электронные и термоэлектронные ваттметры. Главным узлом считается микроконтроллер и преобразователь активной мощности. Последний преобразовывает переменный ток в постоянный. После этого происходит перемножение в микроконтроллере силы тока и напряжения. Результатом является сигнал на выходе, который зависит от I и U.

Ваттметр состоит из двух катушек. Первая из них подключается последовательно в цепь нагрузки, а другая (подвижная с резистором) — параллельно. В цифровых моделях роль катушек выполняют датчики тока и напряжения. Прибор имеет две пары зажимов. Одна пара применяется для последовательной цепи, а другая — для параллельной. Для правильного включения ваттметра выполняется обозначение * одной из двух пар зажимов.

Таким образом, для измерения мощности электрического тока применяются два метода. Первый из них является косвенным, а второй — прямым. Последний рекомендуется применять при проектировании сложной техники.

Источник

Измерение активной мощности в цепях переменного тока

date image2015-01-30
views image8579

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Измерение активной мощности в однофазной цепи производится одноэлементными ваттметрами. Расширение диапазонов измерения в цепях переменного тока осуществляется с помощью измерительных трансформаторов тока и напряжения.

Измерение мощности методом одного прибора. При использовании метода одного прибора измерение мощности осуществляется с помощью одноэлементного ваттметра. Метод применяется при измерении мощности в однофазных цепях и симметричных трехфазных цепях (комплексные сопротивления фаз одинаковы). И в том и в другом случае обмотка напряжения ваттметра включается на фазное напряжение, а обмотка тока включается в рассечку провода какой-либо фазы. На рис. 11.8 показано включение одноэлементного ваттметра в однофазную цепь переменного тока. Пренебрегая методической погрешностью, запишем показания ваттметра:

где U и I – действующие значения напряжения и тока нагрузки; j = (U,I).

Показание ваттметра в этом случае будет соответствовать мощности одной фазы. Для получения мощности всей трехфазной цепи необходимо показание ваттметра утроить, т.е. P = 3PPW.

Включение неподвижной катушки ваттметра последовательно с нагрузкой возможно только при токах нагрузки 10-20 А. При больших токах нагрузки неподвижную катушку ваттметра включают через трансформатор тока (ТА). При измерении в цепях высокого напряжения (свыше 600 В) подвижную катушку ваттметра включают не непосредственно в измерительную цепь, а через трансформатор напряжения (ТV), а неподвижную катушку ваттметра – через ТА (независимо от значения тока нагрузки).

Значение измеряемой мощности определяют по показанию ваттметра, умноженному на произведение коэффициентов трансформации ТV и ТА:

где Рх – измеренное значение активной мощности в цепи нагрузки; РРW – показание ваттметра; KUном, KIном – номинальные коэффициенты трансформации, соответственно, ТV и ТА.

Измеренное значение мощности будет отличаться от действительного значением погрешности в передаче значений напряжения и тока, а также угловых погрешностей трансформаторов. Электродинамические ваттметры изготовляют многопредельными, высоких классов точности (0.1; 0.2) с диапазоном измеряемых мощностей от десятых долей Вт до 3 – 6 кВт. При грубых измерениях в качестве щитовых приборов применяют ферродинамические ваттметры.

Следует отметить, что измерение активной мощности одноэлементными ваттметрами осуществляется только в лабораторной практике. При технических измерениях в промышленных условиях для измерения активной мощности в трехфазных трехпроводных цепях применяют двухэлементные ваттметры, а в четырехпроводных цепях – трехэлементные.

Кроме электродинамических ваттметров для измерения мощности применяются электронные выпрямительные, термоэлектрические, цифровые и др. ваттметры.

Измерение мощности методом двух приборов. Метод двух приборов используется при измерении мощности в трехфазной трехпроводной сети с помощью двух одноэлементных ваттметров. Метод дает правильные результаты независимо от схемы соединения и характера нагрузки как при симметрии, так и при асимметрии токов и напряжений. Кроме того, метод двух приборов применяется для включения элементов двухэлементного ваттметра при измерении с помощью его мощности в трехфазной трехпроводной сети

На рис. 11.9 изображена схема включения двух одноэлементных ваттметров. Обычно токовая обмотка одного ваттметра, например, PW1, включается в фазу А, а токовая обмотка другого ваттметра – PW2 – в фазу С. Обмотки напряжения ваттметров включаются на линейные напряжения так, как это показано на рис. 11.9. При измерении мощности с использованием метода двух приборов общая мощность цепи равна алгебраической сумме показаний ваттметров

где j — фазовый сдвиг между напряжением и током в фазе.

Мощность любой 3-х фазной системы вычисляется по формуле:

Таким образом, сумма показаний ваттметров PW1 и PW2 есть не что иное, как мощность трехфазной цепи.

Измерение мощности методом трех приборов. Метод трех приборов применяется при измерении мощности в трехфазной четырехпроводной цепи (при этом используются три одноэлементных ваттметра, включаемые в каждую фазу). Так же как и метод двух приборов, метод трех приборов дает правильные результаты независимо от схемы соединения и характера нагрузки как при симметрии, так и при асимметрии токов и напряжений. По схеме, реализующей метод трех приборов, включаются также элементы трехэлементных трехфазных ваттметров. Очевидно, что для нахождения мощности 3-х фазной четырехпроводной цепи необходимо взять алгебраическую сумму всех ваттметров:

Источник

7.5. Измерение мощности и энергии в цепях переменного тока

7.5.1. Измерение активной мощности в цепях однофазного то­ка.

Для измерения мощности Р служат ваттметры электродинамической системы; схема включе­ния ваттметра изображена на рис. 7.7.

Неподвижная обмотка1—1 при­бора называется токовой и включа­ется в цепь последовательно. Подвиж­ная обмотка 2—2 называется обмот­кой напряжения и включается в цепь параллельно.

ТокI2 в обмотке напряжения 2—2

пропорционален напряжению U кон­тролируемой цепи и сов­падает с ним по фазе, а ток I1 равен току I нагрузки.

Читайте также:  Для чего нужен сдвиг фаз токов

Рис 7.7 Момент, действую­щий на подвижную обмотку, равен

Mвр = CUI cos φ = CP,

где С — коэффициент пропорциональности.

Поскольку противодействующий момент Мпр пропорциона­лен углу поворота а стрелки, откло­нение стрелки пропорцио­нально измеряемой активной мощности Р.

Для правильного включения ваттметра один из выводов то­ковой обмотки и один из выводов обмотки напряжения отме­чают звездочками (*). Эти выводы, называемые генераторными, необхо­димо включать со стороны источника питания.

Следует отметить, что электродинамическими ваттметрами можно измерять также мощность в цепях постоянного тока.

7.5.2. Измерение активной и реактивной мощностей в цепях трехфазного тока.

Для изме­рения мощности трехфазного при­емника применяют различные схемы включения ваттметров.

При симметричной нагрузке активную мощность Р можно измерить одним ваттметром, вклю­ченным по схемам рис. 7.8,а,б.

а) б) в)

Общая мощность потребителя

P = 3W,

где W показание ваттметра.

При несимметричной нагрузке мощность трехфазного приемника можно измерить тремя ватт­метрами (рис. 7.8,в).

Общая мощность приемника в этом случае

В трехпроводных системах трехфазного тока при симмет­ричной и несимметричной нагрузках и любом способе соедине­ния приемников широко распространена схема измерения мо­щности двумя ваттметрами (рис. 7.9 ).

На этой схеме токовые обмотки ваттметров включены в линейные провода А и В, а обмотки напряжения — на линейные напряжения UАС и UВС

При симметричной нагрузке реактивную мощностьQ трехфазной системы можно измерить од­ним ваттметром (рис. 7.10 ).

Вэтой схеме токовая обмотка включена в линейный проводА, а парал­лельная обмотка напряжения — на линейное напряжение UВС.

Умножая показание ваттметра на , получаем значение реактивной мощности Q трехфазной сети при симметричной нагрузке.

7.5.3. Измерение электрической энергии в цепях переменного тока.

Для измерения энергии в цепях переменного тока при­меняются однофазные и трехфазные счетчики индукционной системы. Схемы включения однофазных счетчиков для измерения активной энергии Wа в однофазной в трехфазной цепях аналогичны схемам включения ваттметров, представ­ленных на рис. 7.7, 7.8.

В трехфазных цепях активную энергию Wа, измеряют трех- или четырехэлементными трехфаз­ными счетчиками. Трехэле­ментные счетчики конструктивно представляют собой три из­мерительные системы однофазных счетчиков, имеющих общую ось. Трехэлементные счетчики (рис. 7.11, а) ис­пользуют в четы­рехпроводных цепях трехфазного тока.

Для измерения активной энергии в трехпроводниковых цепях применяют двухэлементные счетчики (рис. 7.11 б), объе­диняющие измерительные

системы двух однофазных счетчиков.

Обмотки этих систем включают по рассмотренной ранее схеме двух ваттметров (см. рис. 7.9).

Реактивную энергию Wр при симметричной нагрузке фаз трехпроводной сети можно измерить при помощи двух одно­фазных счетчиков, обмотки которых включены по схеме рис. 7.9, Значение Wp находят как разность показаний счетчиков, увеличенную в раз. Кроме того, применяют специаль­ные трехфазные счетчики реактивной энергии, используемые как при симметричной, так и при несимметричной нагрузках фаз.

Источник



Измерение электрической энергии в цепях переменного тока

· Общие сведения

В цепях переменного тока для измерения активной энергии в основном используются однофазные и трехфазные счетчики индукционной системы [1]. Для измерения активной энергии в однофазных и трехфазных цепях однофазные счетчики включают по схемам, аналогичным схемам включения ваттметров (см. разд. 2.6).

В трехпроводных трехфазных цепях для измерения активной энергии применяют двухэлементные объединяющие измерительные системы двух однофазных счетчиков.

Для измерения активной энергии в четырехпроводных цепях трехфазного тока применяют трехэлементные счетчики.

Реактивную энергию WРкак при симметричной, так и при несимметричной нагрузке в трехфазной цепи измеряют трехфазными индукционными счетчиками реактивной энергии.

· Индукционный счетчик электрической энергии

Счётчик электрической энергии ‒ это электроизмерительный прибор для учёта электроэнергии, получаемой потребителем от сети за определённый промежуток времени. По характеру выполняемого измерения счетчики электроэнергии (СЭ) относятся к интегрирующим измерительным приборам.

Рис. 2.18. Внешний вид индукционного однофазного
счетчика электроэнергии

На рис. 2.19 показано устройство индукционного счетчика для измерения электроэнергии в цепях однофазного переменного тока. Основное отличие индукционного СЭ от показывающих приборов индукционной системы со стрелочным или световым указателем состоит в том, что его подвижная часть в виде алюминиевого диска 6 не связана пружиной и может свободно вращаться, причём каждому её обороту соответствует определённое значение измеряемой величины.

Индукционный счетчик имеет два электромагнита 1 и 2. Электромагнит 1 снабжен токовой катушкой с малым числом витком и проводом относительно большого сечения, а электромагнит 2 выполнен в виде магнитопровода 3 с многовитковой катушки напряжения. Токовая катушка включена в измерительную цепь последовательно, а катушка напряжения – параллельно. Протекающие по катушкам токи создают в электромагнитах переменные магнитные потоки Фu от протекающего тока в катушке напряжения и ФI – от тока в токовой катушке. В результате взаимодействия потока Фuс вихревыми токами, индуктируемыми в диске 6 потоком ФI, возникает вращающий момент, пропорциональный мощности Р, потребляемая активной нагрузкой 7 (на рис. 2.19 – электрические лампы накаливания).

Рис. 2.19. Устройство индукционного однофазного счетчика электроэнергии

Количество оборотов n подвижной части (диска) за время t пропорционально электроэнергии W измеряемой счетчиком:

где КС – конструктивная постоянная счетчика, Р – мощность нагрузки

Результат измерения электроэнергии в киловатт-часахопределяют по показаниям счётного механизма 4, соединённого червячной передачей с осью диска.

Счетчики электроэнергии переменного тока применяют как квартирные счётчики электроэнергии и для учёта расхода электроэнергии в электроприводах, осветительных сетях, коммунальном хозяйстве и т. п. Погрешность измерения индукционных однофазных счетчиков составляет 1 – 2,5%.

· Электронный счетчик электроэнергии

В последнее время получили распространение однофазные и трехфазные электронные счетчики учета активной, реактивной и полной электроэнергии. Их основными достоинствами являются высокая точность, возможность телеметрической передачи показаний счетчика, учет электроэнергии по двухставочному тарифу (день/ночь).

Рис. 2.20. Внешний вид электронного однофазного счетчика электроэнергии

Ниже представлена упрощенная структурная схема однофазного электронного счетчика, включенного через трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН) в цепь для измерения активной мощности приемника с сопротивлением нагрузки ZН.

Рис. 2.21. Структурная схема однофазного электронного счетчика электроэнергии

Принцип действия счетчика заключается в непрерывном преобразовании текущих мгновенных значений синусоидальных тока i и напряжения u с помощью аналого-цифрового преобразователя(АЦП) через малые интервалы времени, задаваемые процессором, в числовые эквиваленты, последующем вычислении процессором активной мощности и электроэнергии и фиксации результатов вычислений в регистрирующем устройстве с помощью электровакуумных, жидкокристаллических или других индикаторов [1].

Электронный счетчик не содержит подвижных частей, а программирование процессора позволяет эффективно использовать его для телеметрической передачи данных в автоматизированных системах коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ), для анализа суточных графиков нагрузки, многотарифного расчета за электроэнергию и т. п.

Электронный счетчик применим и для измерений энергии в цепях постоянного тока при наличии датчиков постоянного тока и напряжения и соответствующем программировании процессора.

Дата добавления: 2016-04-11 ; просмотров: 6535 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

УЭ 6.3-3 ИЗМЕРЕНИЕ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Измерение активной мощности в однофазной цепи производится одноэлементными ваттметрами. Измерение активной мощности в трехфазных цепях в лаборатор­ных условиях также может быть проведено при помощи одноэлементных ваттметров, включаемых в трехфазную цепь по схемам с использованием метода одного, двух или трех приборов. Однако при технических измерениях, как правило, в этом случае используются специальные двух- и трехэлементные ваттметры.

Расширение диапазонов измерения во всех случаях применения ваттметров в цепях переменного тока осуществляется спомощью измерительных трансформато­ров тока и напряжения.

Рисунок 6.15. Схема включения ваттметра в однофазную цепь переменного тока и векторная диаграмма.

Читайте также:  Проводит электрический ток солнце

Измерение мощности методом одного прибора.При использовании метода одного прибора измерение мощности осуществляется с помощью одноэлементного ватт­метра. Метод применяется при измерении мощности в однофазных цепях и симметричных трехфазных цепях (комплексные сопротивления фаз одинаковы). И в том и в другом случае обмотка напряжения ваттметра вклю­чается на фазное напряжение, а обмотка тока включает­ся в рассечку провода какой-либо фазы.

На рисунке 6.15 показано включение одноэлементного ваттметра в однофазную цепь переменного тока. Прене­брегая методической погрешностью, записываем показа­ние ваттметра:

PW = UI cosφ,

где U и I— действующие значения напряжения и тока нагрузки;φ=

Искусственная нулевая точка обычно создается с помощью двух резисторов (со­противление каждого резистора равно сопротивлению це­пи обмотки напряжения ваттметра) и сопротивления цепи обмотки напряжения. Сопротивление цепи обмотки напряжения любого ваттметра либо приведено на ци­ферблате прибора, либо указывается в техниче­ском паспорте на данный прибор.

Включение ваттметра в трехфазную трехпроводную цепь по схеме с искусственной нулевой точкой показано на рисунке 6.17.

Рисунок 6.17. Схема включения ваттметра в трехфазную трехпроводную цепь с недоступной нулевой точкой при полной симметрии

Анализируя схемы включения ваттметров, приведен­ные на рисунке 6.16, а, б, нетрудно видеть, что показание ваттметра будет соответствовать мощности одной фазы.

Мощности одной фазы будет соответствовать и показа­ние ваттметра, включение которого показано на рисунке 6.17. Действительно, фазное напряжение UA, на которое включена обмотка напряжения ваттметра, равно Линейный ток IАв токовой обмотке ваттметра . Следовательно, показание ваттметра

PW = ( )= cosφ,

т. е. ваттметр покажет мощность одной фазы, так как при симметричной нагрузке

Следует обратить внимание на правильность включения генераторных за­жимов ваттметра и соответствующих зажимов измери­тельных трансформаторов. Нетрудно видеть, что в схеме рисунка6.18.б, а значение измеряемой мощности Р определя­ется умножением показания ваттметра PWна номиналь­ный коэффициент трансформации КТА применяемого измерительного трансформатора тока:

Р= Pw КТА.

В схеме рис. 12.6,6 значение измеряемой мощности определяется по формуле

где КТU -номинальный коэффициент трансформации используемого измерительного трансформатора напря­жения.

Измерение мощности методом двух приборов. Метод двух приборов используется при измерении мощности в трехфазной трехпроводной цепи с помощью двух одно­элементных ваттметров. Метод дает правильные резуль­таты независимо от схемы соединения и характера нагрузки как при симметрии, так и при асимметрии токов и напряжений. Кроме того, метод двух приборов приме­няется для включения элементов двухэлементного ватт­метра при измерении с его помощью мощности в трех­фазной трехпроводной цепи.

Рисунок 6.19. Схема включения двух ваттметров в трехфазную трехпроводную цепь (а) и векторная диаграмма (б)

На рисунке 6.19, а изображена схема включения двух од­ноэлементных ваттметров. Обычно токовая обмотка од­ного ваттметра, например PW1, включается в фазу А, а токовая обмотка другого ваттметра — PW2— в фазу С. Обмотки напряжения ваттметров включаются на линей­ные напряжения.

На рисунке 6.19,6 представлена векторная диаграмма це­пи для частного случая — случая симметрии токов и на­пряжений.

Нетрудно видеть, что показание ваттметра PW1в этом случае равно:

PW1=UabIаcos(30°+φ)=UлIлcos(30° + φ).

Аналогично нетрудно определить и показание ватт­метра PW2:

PW2 = Ucb Ic cos(30° — φ) =UлIлcos (30° — φ).

Учитывая, что при измерении мощности с использо­ванием метода двух приборов общая мощность цепи равна алгебраической сумме показаний ваттметров, а также учитывая выражения (12.4) и (12.5), получаем:

После несложных преобразований имеем:

Р = UлIл 2cos30°cos φ = UлIлcos φ

Таким образом, сумма показаний ваттметров PW1 и PW2, есть не что иное, как мощ­ность трехфазной цепи.

Следует отметить, что показания каждого ваттметра могут быть поло­жительными или отрицательными в зависимости от зна­чения угла φ и его знака. Более того, при φ =+60° пока­зание ваттметра PW1равно нулю, а при φ = -60° нуле­вое показание будет у ваттметра PW2. При φ =0, т. е. при чисто активной нагрузке, показание ваттметраPW1равно показанию ваттметра PW2.

Двухэлементные ваттметры, обычно называемые трех­фазными ваттметрами, представляют собой конструкцию из двух измерительных механизмов одноэлементных фер­родинамических ваттметров с одной общей подвижной частью.

Примерное конструктивное выполнение двухэлемент­ного ферродинамического измерительного механизма, широко используемого для построения трехфазных ватт­метров, показано на рисунке 6.20.

Два шихтованных магни­топровода 1 имеют неподвижные токовые обмотки 2. Об­мотки напряжения, выполненные в виде подвижных ра­мок 3, укреплены на общей оси.

Включение токовых обмоток и обмоток напряжения трехфазных двухэлементных ваттметров производится по схеме рисунка6.19, в которой используется метод двух при­боров.

Рисунок 6.20, а — двухэлементный ферродинамический измерительный механизм; б- схема включения элементов двухэлементного ваттметра в трехфазную трехпроводную цепь с использованием трансформаторов тока

Расширение диапазонов измерения трехфазных двух­элементных ваттметров, так же как и одноэлементных однофазных ваттметров, осуществляется с помощью из­мерительных трансформаторов тока и напряжения. На рисунке 6.20,б показано включение элементов двухэлементного трехфазного ваттметра в трехфазную трехпроводную цепь через измерительные трансформаторы тока. Оче­видно, что в этом случае для получения мощности цепи показание ваттметра необходимо умножить на номи­нальный коэффициент трансформации КТА применяемых измерительных трансформаторов тока. Если измерение мощности осуществляется двумя одноэлементными ватт­метрами, то на значение КТU умножается арифмети­ческая сумма показаний ваттметров.

Измерение мощности методом трех приборов. Извест­но, что метод трех приборов применяется при измерении мощности в трехфазной четырехпроводной цепи (при этом используются три одноэлементных ваттметра).Так же как и метод двух приборов, метод трех приборов дает правильные результаты независимо от схемы соединения и характера нагрузки как при симметрии, так и при асимметрии токов и напряжений. По схеме, реализую­щей метод трех приборов, включаются также элементы трехэлементных трехфазных ваттметров.

Рисунок 6.21, а — схема включения трех ваттметров в трехфазную трехпроводную цепь; б- трехэлементный ферродинамический измерительный механизм.

На рисунке 6.21,а приведена схема включения грех одно­элементных ваттметров по методу трех приборов в трехфазную четырехпроводную цепь. Нетрудно видеть, что в этом случае каждый ваттметр измеряет мощность одной фазы:

где UА, UВ иUС— фазные напряжения; IА, IВиIСфазные токи; φА, φВ и φС — фазовые сдвиги между соот­ветствующими фазными напряжениями и фазными то­ками.

Очевидно, что для нахождения мощности трехфазной четырехпроводной цепи необходимо взять алгебраическую сумму показаний всех ваттметров:

Принципиальная конструктивная схема трехэлемент­ного трехфазного ферродинамического ваттметра приве­дена на рисунке 6.21,б. Каждый элемент содержит выпол­ненный из магнитомягкого материала шихтованный магнитопровод / с неподвижной токовой обмоткой 3. Под­вижные рамки элементов 2 жестко укреплены на одной оси. Таким образом, на подвижную часть трехфазного трехэлементного ваттметра действует арифметическая сумма моментов всех трех элементов. Непосредственное включение элементов ваттметра в трехфазную четырех-проводную цепь осуществляется по схеме, изображенной на рисунке 6.21,а.

Расширение диапазонов измерения трехэлементных трехфазных ваттметров осуществляется так же, как и двухэлементных ваттметров,— с помощью измеритель­ных трансформаторов тока и напряжения.

Следует отметить, что в последние годы промышлен­ностью для измерения мощности в четырехпроводной трехфазной цепи выпускаются специальные щитовые ферродинамические двухэлементные ваттметры типа Д323. Элементы этих ваттметров имеют не по одной, а по две токовые обмотки. Дополнительные токовые об­мотки включаются в четырехпроводную трехфазную цепь по специальной схеме. Показания такого ваттметра справедливы как при равномерной, так и при неравно­мерной нагрузке фаз.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник