12.2.6 Измерение угла сдвига фаз и коэффициента мощности

Во время изготовления и исследования различных электрических устройств часто возникает потребность в определении угла сдвига фаз между U и I. Знание φ, cosφ позволяет оценить активную мощность (активную составляющую сопротивления) при определенных значениях тока и напряжения.

Значение φ и cosφ являются полностью определенными только для однофазных и строго симметричных трехфазных цепей. Для трехфазных цепей с несимметричной нагрузкой понятие сдвига фаз между током и напряжением и cosφ становится неопределенным, т.к. в каждой фазе они могут иметь свои определенные, отличающиеся от других значения. В этом случае применяют понятие коэффициент мощности λ.

Коэффициент мощности λ это отношение суммарных значений активной и полной (кажущей ся) мощностей всех трех фаз. В однофазной и симметричной трехфазной цепях при симметричных токах и напряжениях коэффициент мощности λ и cosφ совпадают.

Для прямых измерений угла сдвига фаз между током и напряжением или cosφ в одно и трехфазной цепях переменного тока промышленной и повышенной (до 3000Гц) частоты используют электродинамические и электромагнитные фазометры, которые отличаются простотой применения и надежностью при достаточно высокой точности. Есть электронные фазометры (для частот до 100МГц).

Схема включения электродинамического фазометра подобна схеме включения ваттметров (счетчиков).

В однофазных и симметричных трехфазных цепях значения можно измерить с помощью PA, PV, PW (ток, напряжение, мощность) и (однофазная цепь).

Cosφ= (для трехфазной цепи)

Коэффициент мощности λ в несимметричной трехфазной цепи можно определить измерив активную Р и реактивную мощность.

Для визуального наблюдения угла сдвига фаз можно использовать осциллограф (электромеханический или электронный). Причем делать это можно двумя способами: с помощью осциллограмм исследуемых напряжений, токов.

Измерив L и l определяют

Погрешность 3÷10%

С помощью исследования фигур Лиссажу. Два исследуемых напряжения подают на входы каналов горизонтального и вертикального отклонений при выключенном генераторе развертки.

Погрешность 1…2 %.

12.3 Измерение электрических сопротивлений

В системах железнодорожной автоматики телемеханики, в проводной связи, в системах электрической тяги, в энергетических системах есть множество элементов, основной характеристикой которых являются их электрическое сопротивление. Диапазон величин электрических сопротивлений этих элементов весьма широк.

Например, стыковые соединители, шунты измерительных приборов, якорные обмотки электрических машин обладают очень малой величиной сопротивления – доли, единицы Ома.

Обмотки напряжения измерительных приборов, обмотки реле, применяемые в устройствах автоматики и телемеханики и устройствах защиты на подстанциях, обладают сопротивлением от десятков Ом до десятков тысяч Ом.

Сопротивление изоляции линий превышают сотни тысяч и даже миллионы Ом.

В зависимости от значения величины электрического сопротивления, сопротивления подразделяют на три группы:

малые – 1Ом и меньше

средние – 1 … 100000 Ом

большие – 100000 и больше.

Ну, а так как «мера и число должны лежать в основе всякого дела», как академик А.Н.Крылов, мы должны уметь измерять величину сопротивления, чтобы иметь возможность проводить электрические расчеты цепей, чтобы контролировать работоспособность систем и т.д.

Общие особенности измерения сопротивлений.

1. Очень различны требования к точности измерений. Так при измерении образцовых мер сопротивления погрешность измерения не должна превышать десятитысячных долей процента, а при измерении переходного сопротивления контактов, сопротивление изоляции вполне допустима погрешность порядка нескольких процентов.

2. Широким является также диапазон допустимой мощности рассеивания различных исследуемых объектов – от микроватт (для элементов микросхем) до сотен ватт и больше (для обмоток мощных электрических машин, трансформаторов).

Поэтому при выборе средств и методов измерений следует заботиться о том, чтобы мощность рассеиваемая при измерении в измеряемом сопротивлении, не превышала номинального для нее значения. Иначе могут иметь место перегрев и температурное изменение сопротивления. Это нужно учитывать при измерении сопротивлений, обладающих значительным температурным коэффициентом. Например, медных обмоток электрических машин, аппаратов и приборов и т.п.

3. При измерениях сравнительно низкоомных сопротивлений следует обращать внимания на устранения влияния сопротивления соединительных проводов и контактов на результат измерения. Низкоомные резисторы следует включать в измерительную цепь через четыре отдельных контакта (зажима) – два токовых (Т1 и Т2) и два потенциальных (П1 и П2). Например, при измерении сопротивления короткого отрезка провода:

Длина l отрезка строго определяется расстоянием между ножевидными потенциальными контактами (точки А и В), токовые контакты подсоединяются к концам провода вне отрезка.

4. Значение сопротивлений контактов зависит от материала, чистоты поверхностей, формы наконечников соединительных проводов, силы закручивания зажимов и других факторов.

5. При измерении высокоомных сопротивлений (более 10⁵ Ом) необходимо помнить о влиянии температуры и важности окружающей среды на величину сопротивлений.

Указанные особенности обусловили применение разнообразных методов и средств измерения электрического сопротивления.

Для измерения с относительно невысокой точностью пользуются приборами прямого преобразования.

Точные измерения осуществляются с помощью мостов и компенсаторов постоянного тока или цифровых приборов.