Контрольные вопросы

1. Какое соединение фаз называется соединением в треугольник?

2. Каково соотношение между фазным и линейным напряжениями при соединении приемников в треугольник?

3. Каковы соотношения между фазными и линейными токами для любой нагрузки и для симметричной нагрузки при соединении приемников в треугольник?

4. Каковы особенности соединения фаз приемников треугольником?

5. В каком случае следует применять соединение фаз приемников в треугольник?

6. В чем достоинства схемы соединения в треугольник по сравнению со схемой соединения в звезду?

7. Изменяются ли линейные токи при изменении сопротивления одной из фаз приемников?

8. Изменяются ли линейные токи при обрыве одной из фаз приемников?

9. Как влияет на режим работы цепи обрыв одного из линейных проводов?

10. Как изменяются линейный ток и мощность, если соединенные в звезду одинаковые однофазные приемники переключить на треугольник (линейные напряжения в обоих случаях одинаковы)?

11. Объяснить построение векторных диаграмм.

Лабораторная работа 4 Измерение активной мощности и энергии в однофазной цепи переменного тока

Цель – ознакомиться с устройством и применением приборов для измерения активной мощности и активной энергии в однофазных цепях синусоидального тока.

Краткие теоретические сведения

Активную мощность в электрической цепи можно измерить ваттметром. Ваттметр, прибор электродинамической системы, имеет две катушки, одну неподвижную, другую подвижную. У приборов ферродинамической системы катушки располагается на ферромагнитных сердечниках.

Обмотка неподвижной катушки выполняется из небольшого числа витков проволоки большого сечения. Она включается последовательно с нагрузкой , мощность которой необходимо измерить. Через нее проходит ток , и она называется токовой обмоткой ваттметра. Ее зажимы обозначаются буквой . Обмотка подвижной катушки выполняется из большого числа витков проволоки малого сечения и включается параллельно нагрузке. Она называется обмоткой напряжения. Ее зажимы обозначаются буквой (рис. 22). При взаимодействии токов неподвижной и подвижной катушек возникают силы, стремящиеся повернуть подвижную катушку и укрепленную на ней стрелку. Направление отклонения подвижной системы прибора зависит от взаимного направления токов в обеих обмотках.

Поэтому для правильного включения обмоток их зажимы маркируют. Зажимы, к которым следует присоединять провода от источника питания, называют генераторными зажимами ваттметра.

На электрических схемах эти зажимы обозначают точками, а на приборе – звездочкой (*).

Угол отклонения подвижной системы пропорционален активной мощности: , где – коэффициент пропорциональ-ности; – напряжение на подвижной обмотке; – ток, проходящий по неподвижной катушке; – коэффициент мощности, зависящий от характера нагрузки; – измеренная активная мощность.

Рис. 22. Схема включения ваттметра

Измеренную ваттметром активную мощность вычисляют по формуле

,

где – цена деления шкалы ваттметра, Вт/дел.;

– число делений шкалы прибора, отсчитанное указателем.

,

где – предельное (номинальное) значение напряжения обмотки напряжения ваттметра; – предельное (номинальное) значение тока токовой обмотки ваттметра; – число делений всей шкалы прибора.

Например, , , дел.

Цена деления шкалы ваттметра составит:

Вт/дел.

Если число делений шкалы прибора, отсчитанное указателем дел., то измеренная ваттметром активная мощность Вт.

Для учета электрической энергии применяются индукционные счетчики.

Счетчик – интегрирующий прибор, дающий суммарное значение измеряемой величины за определенный промежуток времени.

Однофазный индукционный счетчик (рис. 23) состоит из двух электромагнитов 1 и 2, между которыми находится алюминиевый диск 3, насаженный на ось, вместе с которой он может свободно вращаться, постоянного магнита 4. Ось связана с помощью червячной передачи со счетным механизмом.

Рис. 23. Устройство однофазного индукционного счетчика

Обмотка электромагнита 1 с током включается последовательно с нагрузкой . Она состоит из небольшого числа витков провода большого сечения. Обмотка электромагнита 2 с током включается параллельно нагрузке. Она имеет большое число витков провода малого сечения. Токи и создают магнитные потоки и , которые пересекают диск и наводят в них вихревые токи.

При взаимодействии вихревых токов с магнитными потоками возникает вращающий момент, пропорциональный активной мощности нагрузки:

.

Постоянный магнит 4 препятствует вращению диска, создавая тормозной момент , пропорциональный частоте вращения диска :

.

При равенстве вращающего и тормозного моментов диск вращается равномерно .

,

откуда активная мощность ,

где и – коэффициенты пропорциональности; , .

Энергия, израсходованная за время :

,

где – число оборотов диска за время :

.

Полученное выражение является основным уравнением счетчика.

– постоянная счетчика или цена одного оборота ( ). Она показывает, какому количеству киловатт-часов электроэнергии соответствует один оборот диска. Червячная передача счетного механизма учитывает постоянную счетчика, и счетный механизм непосредственно отсчитывает энергию в киловатт-часах. Величина, обратная постоянной счетчика, называется передаточным числом счетчика: .

Передаточное число показывает, сколько оборотов делает диск, пока энергия изменяется на 1 кВт^.ч. Оно всегда указывается на маркировочной таблице счетчика.

Например, 1 – 5000 об.диска. Зная передаточное число счетчика, определяют номинальную постоянную счетчика . В формуле расход энергии выражен в Вт^.с., киловатты необходимо перевести в ватты (1кВт=1000 Вт), а часы перевести в секунды (1 ч=3600 сек.).

Тогда номинальная постоянная счетчика .

Рис. 24. Схема включения однофазного счетчика

В счетчике имеются четыре основные клеммы. Они обозначаются буквами Г и Н. Буква Г означает, что к этим клеммам нужно присоединить провода, идущие от генератора (от сети). Буква Н означает, что к этим клеммам нужно присоединить провода, идущие к нагрузке. Начало обмотки напряжения присоединяется к началу токовой обмотки внутри счетчика.

Из рис. 24 видно, что данная схема аналогична подключению ваттметра для измерения активной мощности в однофазных цепях с той лишь разницей, что обратный провод от нагрузки проходит внутри счетчика.