Меню

Измерение полной мощности однофазного переменного тока

Измерение мощности постоянного и переменного однофазного тока

ваттметрИз выражения для мощности на постоянном токе Р = IU видно, что ее можно измерить с помощью амперметра и вольтметра косвенным методом. Однако в этом случае необходимо производить одновременный отсчет по двум приборам и вычисления, усложняющие измерения и снижающие его точность.

Для измерения мощности в цепях постоянного и однофазного переменного тока применяют приборы, называемые ваттметрами, для которых используют электродинамические и ферродинамические измерительные механизмы.

Электродинамические ваттметры выпускают в виде переносных приборов высоких классов точности (0,1 — 0,5) и используют для точных измерений мощности постоянного и переменного тока на промышленной и повышенной частоте (до 5000 Гц). Ферродинамические ваттметры чаще в сего встречаются в виде щитовых приборов относительно низкого класса точности (1,5 — 2,5).

Применяют такие ваттметры главным образом на переменном токе промышленной частоты. На постоянном токе они имеют значительную погрешность, обусловленную гистерезисом сердечников.

Для измерения мощности на высоких частотах применяют термоэлектрические и электронные ваттметры, представляющие собой магнитоэлектрический измерительный механизм, снабженный преобразователем активной мощности в постоянный ток. В преобразователе мощности осуществляется операция умножения ui = р и получение сигнала на выходе, зависящего от произведения ui , т. е. от мощности.

На рис. 1 , а показана возможность использования электродинамического измерительного механизма для построения ваттметра и измерения мощности.

Схема включения ваттметра (а) и векторная диаграмма (б)

Рис. 1. Схема включения ваттметра (а) и векторная диаграмма (б)

Неподвижная катушка 1, включаемая в цепь нагрузки последовательно, называется последовательной цепью ваттметра, подвижная катушка 2 (с добавочным резистором), включаемая параллельно нагрузке — параллельной цепью.

Для ваттметра, работающего на постоянном токе:

Рассмотрим работу электродинамического ваттметра на переменном токе. Векторная диаграмма рис. 1, б построена для индуктивного характера нагрузки. Вектор тока Iu параллельной цепи отстает от вектора U на угол γ вследствие некоторой индуктивности подвижной катушки.

Из этого выражения следует, что ваттметр правильно измеряет мощность лишь в двух случаях: при γ = 0 и γ = φ .

Условие γ = 0 может быть достигнуто созданием резонанса напряжений в параллельной цепи, например включением конденсатора С соответствующей емкости, как это показано штриховой линией на рис. 1, а. Однако резонанс напряжений будет лишь при некоторой определенной частоте. С изменением частоты условие γ = 0 нарушается. При γ не равном 0 ваттметр измеряет мощность с погрешностью β y , которая носит название угловой погрешности.

При малом значении угла γ ( γ обычно составляет не более 40 — 50′), относительная погрешность

При углах φ , близких к 90°, угловая погрешность может достигать больших значений.

Второй, специфической, погрешностью ваттметров является погрешность, обусловленная потреблением мощности его катушками.

При измерении мощности, потребляемой нагрузкой, возможны две схемы включения ваттметра, отличающиеся включением его параллельной цепи (рис. 2).

Схемы включения параллельной обмотки ваттметра

Рис. 2. Схемы включения параллельной обмотки ваттметра

Если не учитывать фазовых сдвигов между токами и напряжениями в катушках и считать нагрузку Н чисто активной, погрешности β (а) и β (б), обусловленные потреблением мощности катушками ваттметра, для схем рис. 2, а и б:

где Р i и Р u — соответственно мощность, потребляемая последовательной и параллельной цепью ваттметра.

Из формул для β (а) и β (б) видно, что погрешности могут иметь заметные значения лишь при измерениях мощности в маломощных цепях, т. е. когда Р i и Р u соизмеримы с Рн.

Если поменять знак только одного из токов, то изменится направление отклонения подвижной части ваттметра.

У ваттметра имеются две пары зажимов (последовательной и параллельной цепей), и в зависимости от их включения в цепь направление отклонения указателя может быть различным. Для правильного включения ваттметра один из каждой пары зажимов обозначается знаком «*» (звездочка) и называется «генераторным зажимом».

Источник



Измерение активной мощности в цепях переменного тока

date image2015-01-30
views image8397

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.

Читайте также:  Как найти коэффициент мощности трансформатора формула 1

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

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.

Читайте также:  Подбор сечения жил кабеля по мощности

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.

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:

Читайте также:  Излишние производственные мощности монополистической конкуренцией

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

Adblock
detector