10 Лекция № 10. Измерение мощности

 

Содержание лекции: принципы, методы, приборы и схемы измерения мощности.

Цель лекции: изучить методы и приборы измерения мощности.

Измерение мощности – определение значения электрической мощности. При измерении мощности следует учитывать существование различных составляющих мощности: активную, реактивную и полную мощности. К измерению мощности относят во многих случаях измерение коэффициента мощности.

Измерение мощности постоянного тока – определение электрической активной мощности в цепях постоянного тока.

На основе измерения тока и напряжения (аналогично определению сопротивления путём измерения тока и напряжения) определяется активная мощность постоянного тока

.                                                    (10.1)

И на основе измерения эффективных значений переменного напряжения и тока определяется полная мощность

.                                                         (10.2)

Так как любое средство измерений имеет собственное потребление мощности, то при любой схеме измерения возникает неизбежная систематическая погрешность, которая при  точных измерениях, особенно при измерении малых значений мощности, должна учитываться и корректироваться (см. таблицу 10.1)

Таблица 10.1 – Определение мощности путем измерения тока и напряжения

 

Мощность, выделяемая источником, Рс	Схема измерения	Мощность, потребляемая нагрузкой, Рн
Вентильное подключение по напряжению		Вентильное подключение по току
Вентильное подключение по току		Вентильное подключения по напряжению

 

Примечания:

1) U, I – измеренные значения напряжения и тока;

2)  – мощность потребляемая вольтметром, R_В – его внутреннее сопротивление;

3)  – мощность, потребляемая амперметром; R_I – его внутреннее сопротивление.

Для измерения тока и напряжения на постоянном токе используются приборы магнитоэлектрической системы (ИМ МЭС) с шунтами и добавочными сопротивлениями.

Для измерения тока и напряжения на переменном токе используются приборы электромагнитной и электродинамической систем. На рисунке 10.1 представлена схема устройства ИМ электродинамической системы (ИМ ЭДС).

1 – неподвижные катушки; 2 – подвижная рамка.

Рисунок 10.1 – Электродинамический измерительный механизм

 

Весьма просто измерение мощности можно произвести при помощи ваттметра непосредственной оценки, выполненного на базе электродинамического измерительного механизма (см. рисунок 10.2)

Рисунок 10.2 – Схема включения ваттметра

 

Уравнение шкалы ваттметра при измерении мощности имеет вид: на постоянном токе

,                                            (10.3)

на переменном токе

,                          (10.4)

где  – коэффициент пропорциональности.

Шкала такого ваттметра – линейная. Например, ваттметр Д539 класса точности 0.5 имеет шкалу на 150дел, номинальный ток параллельной цепи 3мА, и она рассчитана на 150В , последовательная катушка рассчитана на ток 5А и

Обычно такие ваттметры называется косинусными, потому что они градуируются при . Постоянная ваттметра равна

,                                                 (10.5)

где  – соответственно, номинальный ток и напряжение;

 – номинальное число делений.

Существует несколько методов измерения мощности в сетях переменного тока. При произвольной нагрузке в цепи переменного тока только активная составляющая тока , иначе говоря, часть полной мощности, определяемая коэффициентом мощности, является полезной (используемой)

P_~ =U_~ I _~ cosφ = S cosφ.                                     (10.6)

Метод одного ваттметра применяется для: при симметричной нагрузке мощности в фазах одинаковы. Поэтому достаточно измерить мощность в какой – либо одной фазе (см. рисунок 10.3)  и утроить результат.

Рисунок 10.3 – Схема измерения мощности одним ваттметром в электрической сети высокого напряжения

 

Общая активная мощность трехфазной сети равняется сумме мощностей трех фаз

.

Их точное определение осуществляется путем одновременного измерения мощности в каждой фазе с помощью трех отдельных ваттметров. В четырехпроводных системах цепи напряжения подключаются (в данном случае через добавочные сопротивления) к нулевому проводу (см. рисунок 10.4, а). В трехпроводных системах три цепи напряжения присоединяются нулевыми точками сопротивлений к искусственной нулевой точке (см. рисунок 10.4, б). четырехпроводная сеть; б – трехфазная трехпроводная сеть.

 

а – трехфазная Рисунок 10.4 – Метод трех ваттметров. Измерение активной мощности в произвольно нагруженных сетях

 

Самой распространенной схемой для электрических сетей переменного тока на 3 – 10 кВ является схема измерения мощности по методу двух приборов (см. рисунок 10.5)

 

 

 

 

 

  

б)

а – схема измерения активной мощности методом двух ваттметров; б – диаграмма для определения коэффициента мощности по отношению измеренных значений .

Рисунок 10.5 – Схема Арона

 

Активная мощность может быть определена как

,                          (10.6)

где  – показания ваттметра  (дел);

 – показания ваттметра  (дел).

При разности фаз (между током и напряжением) более 60⁰ ( ) один из ваттметров имеет отрицательное отклонение. Изменяя подключение цепи напряжения на обратное, делают отклонение вновь положительным и вычитают показания этого прибора из показания другого ваттметра.