книги из ГПНТБ / Быков М.А. Электрические измерения электрических величин [учеб. пособие]

Как видно из обоих выражений, мощность, определенная по показаниям амперметра и вольтметра, состоит из мощности,

ка и напряжения ваттметра при измерении мощности, потреб­ ляемой нагрузкой. Схема рис. ѴІІ-7, а аналогична схеме рис. ѴІІ-6, а, а схема рис. ѴІІ-7, б—ѴІІ-6, б.

Рис. ѴІІ-7

Б. Измерение мощности и энергии в цепи однофазного тока

В цепях однофазного тока измерение активной мощности производится при помощи электродинамического и ферродинамичеокого ваттметров. Схема включения ваттметра в цепь переменного тока та же, что и в цепыпостояиного тока (ом. рис. ѴП-7, а, б). Активная мощность, потребляемая нагрузкой, оп­ ределяется по показанию ваттметра согласно выражению

270

В. Измерение активных мощности и энергии в цепях трехфазного тока при симметричной и несимметричной нагрузках фаз

Как известно из теории переменных токов, активные мощ­ ность .и энергия трехфазной сети, независимо от характера на­ грузки и способа ее соединения, определяются согласно выра­ жениям

т

p * = Y § p d t = = U a / a c o s Т л + U ß / B c o s 9 в + U q I c c o s ? с ^vi1" 1 *

о

ии

Из этих выражений видно, что активные мощность и энер­ гию можно измерить методом трех ваттметров.

При симметричной .нагрузке фаз выражения активных мощ­

Выразіим один из мгновенных такав через два другие, на­ пример

1А = — (ів -Не)-

Подставим его значение в выражение .мгновенной мощно­ сти и сделаем алгебраические преобразования:

жений,

271

Активная мощность выражается через действующие значе­ ния тока и напряжения соответственно формулой

Отсюда можно сделать заключение, что активные мощ­ ность и энергия в трехпроводной цепи могут быть замерены методом двух ваттметров.

аналогичны схемам включения однофазных ваттметров, ниже приводятся схемы включения только ваттметров.

272

1. Измерение активной мощности при симметричной нагрузке фаз

методом одного ваттметра

Возможны две схемы включения одного однофазного ватт­ метра: 1) при доступной нулевой точке нагрузки и 2) при не­ доступной нулевой точке или при соединении нагрузки тре­ угольником.

Рассмотрим первый случай. Обмотка тока ваттметра вклю­

чается в одну из фаз последовательно, а обмотка напряжения подключается параллельно этой же фазе •приемника на фаз­ ное напряжение. В этих условиях ваттметр измеряет мощность одной фазы. На рис. VI1-8, а приведена схема включения ватт­ метра, а на рис. ѴП-8, б—векторная диаграмма, по которой определяется угол сдвига фаз между вектором напряжения, приложенным к обмотке напряжения ваттметра, и вектором тока, проходящим по обмотке тока.

Рис. ѴІІ-8

Показание ваттметра W\ равно

P\xn=^UAIAzos{ÜA, ІА).

Из векторной диаграммы видно, что угол между векторами UA и ІА есть угол ср. Следовательно,

т. е. показание ваттметра равно активной мощности, потреб­ ляемой фазой А нагрузки, РА = Р\Ѵ • Для того, чтобы опреде­ лить активную мощность всей нагрузки, надо умножить пока­ зание ваттметра на 3, т. е.

Во втором случае, когда нулевая точка недоступна и об­ мотка напряжения не может быть включена на фазное напря-

жение нагрузки, используется схема с искусственной нулевой точкой (рис. VII - 9) .

Здесь конец обмотки напряжения включается на точку О, являющуюся центром искусственной звезды. Эта звезда созда­ ется тремя сопротивлениями, .подключаемыми к точке О от каждой фазы. Так, от фазы А подсоединяется к точке О обмот­

чтобы звезда была симметричной, эти сопротивления должны быть равными, т. е. /?Д О б, = RW6 2 = R v w .

Это справедливо лишь для случая использования электро­ динамического или ферродинамического ваттметров, сопротив­ ления обмоток напряжения которых являются практически только активными.

274

Рассмотрим подробнее одну из схем (рис. VII-10, б) для частного случая соединения нагрузки звездой при симметрич­

торами, т. е.

^ w i = ^ f l / x C o s ( L / ^ j B , ІА).

276

Отсюда можно сделать выводы: во-первых, показания обоих ваттметров равны между собой только при активной и симметричной нагрузке фаз; во-вторых, показание одного из ваттметров может быть отрицательным при угле <р>60°. При­ чем показание будет отрицательным у того ваттметра, у кото­ рого конец обмотки напряжения включается на следующую по наименованию фазу, т. е. на отстающую фазу по сравнению с той, в которую включена обмотка тока этого ваттметра.

Если нагрузки имеют активное и емкостное сопротивления, то отрицательное показание может давать другой ваттметр, у которого конец обмотки напряжения включается на преды­ дущую фазу, т. е. опережающую.

На эти случаи необходимо обратить внимание и знать, что при правильном включении ваттметров один из них может по­ казывать отрицательное значение при большой реактивной на­ грузке.

При соединении нагрузки треугольником или при несиммет­ ричной нагрузке фаз и соединении ее звездой или треугольни­ ком активная мощность трехфазной цепи определяется аналоіично уравнению (VI 1-13) как алгебраическая сумма показа­ нии обоих ваттметров.

По показанию обоих ваттметров при симметричной нагруз­ ке фаз можно определить угол ф нагрузки. Так, сумма показа­ ний обоих ваттметров

Р\ѵі + Р\ѵ2 = Ѵъил !л c ° s <Р. а разность их показаний дает величину

Pw> — Pwi = и л Іл s l n ?•

Отсюда определяется значение tg<p нагрузки:

277

В практике часто приходится измерять активную мощность в трехпроводной цепи при помощи одного трехфазного двух­ элементного ваттметра, оба элемента которого включаются согласно схеме включения двух ваттметров. На рис. VII-12, а приведена схема непосредственного включения такого трех­

Р и с . ѴП-12

Совершенно аналогичны схемы включения двух элементов трехфазного счетчика активной энергии.

На рис. VII-13, а представлена схема соединения нагрузки звездой с нулевым проводом. Ваттметры включаются в каж­ дую фазу. Показания ваттметров определяются схемой их включения. Так, первый ваттметр покажет

278

Из векторной диаграммы (рис. VII-13, б) видно, что угол

т. е. показание ваттметра равно активной мощности, потреб­ ляемой нагрузкой фазы А.

Полная активная мощность всей нагрузки найдется как сумма показаний всех трех ваттметров, т. е.

Измерение активной энергии в трехфазной четырехпроводной цепи при несимметричной нагрузке фаз выполняется трех­ фазным трехэлементным счетчиком или с помощью трех одно­ фазных счетчиков, включаемых по схеме рис. V I 1-13, а. Кроме того, имеются счетчики, использующие специальные схемы с дополнительными обмотками тока. Здесь они не рассматри­ ваются.

Г. Измерение реактивных мощности и энергии в цепях трехфазного тока при симметричной и несимметричной

нагрузках фаз

Измерение реактивных мощности и энергии имеет большое практическое значение. В схемах энергоснабжения широко используются трансформаторы, двигатели и другие устройст­ ва, потребляющие индуктивный (намагничивающий) ток. По-

279