Электр қуатын өлшеу. Тұрақты және айнымалы ток тізбектеріндегі қуатты өлшеу
Тұрақты ток тізбектеріндегі қуат
P = UI. (7.1)
Айнымалы ток тізбектеріндегі қуаттың лездік мәні
P = ui. (7.2)
Егер u кернеу мен і ток Т периодты уақыт функциясы болып табылса, онда қуаттың период юойынша орташа мәнін жай ғана қуат немесе активті қуат Р деп атайды, оның лездік мәні р мына формуламен байланысты
(7.3)
Бірфазалы
синусоидалы ток тізбектерінде
болғанда,
P = UI cos , (7.4)
мұндағы U, І – ток пен кернеудің әрекетті мәндері; - фазалы өзгеру (жылжу).
Синусоидалы ток тізбектеріндегі активті қуатпен бірге сонымен қатар реактивті
Q = UI sin (7.5)
және толық
S = UI (7.6)
қуаттарды есептейді.
Тұрақты және айнымалы бірфазалы токтың қуатын есептеу. Тұрақты ток қуатының P = UI теңдеуінен оны амперметр және волтметрмен жанама әдісімен өлшеуге болатынын көрініп тұр. Дегенмен бұл жағдайда екі аспап бойынша есептеу мен өлшеуді қиындататын және оның дәлдігін төмендететін есепті бірмезгілде жүргізу қажет.
Тұрақты және бірфазалы айнымалы ток тізбектеріндегі қуатты есептеу үшін ваттметрлер деп аталатын аспаптар пайдаланылады, оларға электродинамикалық және ферродинамикалық өлшеу механизмдерін қолданады. Электродинамикалық ваттметрлер жоғары дәлділік класты (0,1-0,5) тасымалдану аспаптары түрінде шығарылады және өнеркәсіптік пен жоғары жиіліктегі (5000 Гц-ке дейінгі) тұрақты мен айнымалы токтың қуатын дәл өлшеу үшін қолданылады.
Ферродинамикалық ваттметрлер көбінесе төменгі дәлділік класқа қатысты (1,5 – 2,5) қалқан (шит) тәріздес аспаптар түрінде шығарылады. Оларды, негізінен, өнеркәсіптік жиіліктегі айнымалы ток үшін пайдаланады; тұрақты токта олардың өзекшесінің гистеризісінен пайда болатын едәуір қателіктері болады
Сур. 7.1, а-да электродинамикалық өлшеу механизмін ватметрді құру мен қуатты өлшеу үшін пайдалану мүмкіндігі көрсетілген.
Жүктеме тізбегіне тізбектей жалғанған қозғалмайтын катушка 1 ваттметрдің тізбекті деп аталады; жүктемеге параллель жалғанған қозғалатын катушка 2 (RД қосымша резисторлы) – параллель тізбек деп аталады.
Тұрақты токта жұмыс істейтін ваттметр үшін бұрылу бұрышының теңдеуін былай жазуға болады:
(7.7)
Сурет 7.1 - Ваттметрді қосу схемасы (а) мен векторлық диаграммасы (б)
Ваттметрде
біртекті шкала алу үшін тұрақтылығы
қажет. Бұл катушканың түрін, өлшемін
және бастапқы күйін таңдап алумен
жүзеге асады.
деп
алсақ, онда (7.1)
теңдеуді келесі түрінде жазамыз:
= SUI = SP, (7.8)
мұндағы
(7,9)
Электродинамикалық ваттметрдің айнымалы токтағы жұмысын қарастырайық. 7.1, б – суреттегі векторлы диаграмма жүктеменің индуктивті сипаты үшін құралған. Параллель тізбектегі токтың IU векторы U векторынан қозғалатын катушканың қандай да бір индуктивтігінің салдарынан бұрышқа қалып қояды.
Қозғалатын бөліктің ауытқу бұрышы орамалардағы токтың әрекет мәндерін олардың арасындағы бұрышқа көбейту арқылы анықталады.
(7.10)
мұндағы = - . Ваттметрдегі параллель тізбектегі ток
(7.11)
деп алсақ, онда
(7.12)
аламыз.
(7.12) теңдеуінен, ваттметр қуатты тек екі жағдайда ғана дұрыс өлшеп береді: = 0 және = болғанда. = 0 шартына параллель тізбекте кернеу резонансын тудырғанда жетеді, мысалы 7.1, а-суретте штрих сызығымен көрсетілген С конденсаторын сәйкес сиымдылықта қосу арқылы. Бірақ кернеу резонансы тек қандай да бір нақты жиілікте болады. Жиілікті өзгерткенде = 0 шарты бұзылады.
0 болғанда ваттметр қателігі бар қуатты өлшейді, ол бұрышты қателік деп аталады.
бұрышының мәні кіші болғанда (әдетте бұрышы 40-50-ден аспайды), яғни , cos 1 болғанда қатысты қателік
(7.13)
болады. (7.11) теңдеуінен 900-қа жақын бұрышында бұрыштық қателік үлкен мәндерге жетуі мүмкін.
Ферродинамикалық ваттметрлерде бұрыштық қателік мен бұрыштарының аралығына тәуелді (сур, 7.1,б), мұндағы - ток векторы І мен өзекше саңылауындағы магнитті ағын Ф1 арасындағы бұрыш.
Әдебиеттер:
1 [400-411].
Бақылау сұрақтары:
1.Тұрақты токтағы қуатты амперметр мен вольтметр көмегімен өлшеу дегеніміз не?
2.Ватметрде қандай өлшеу механизмдері қолданылады?
3.Электродинамикалық ваттметрлер қандай өлшеулерде қолданылады?
4.Тұрақты токтың ферродинамикалық ваттметрлеріндегі мәнді қателіктері немен анықталады?
5.Ваттметрдің электродинамикалық өлшеу механизмдерінде қандай тізбектер бар?