книги из ГПНТБ / Попов В.С. Электрические измерения (с лабораторными работами) учебник

При испытании кабелей и других элементов высоко­ вольтных установок часто пользуются высоким напряже­ нием для питания моста (рис. 7-20, а). Безопасность ра­ боты обеспечивается низким напряжением (относительно земли) на регулируемых плечах. Для устранения опасно­ сти появления высокого напряжения на этих плечах при пробое изоляции конденсатора к точкам моста БД присое­ диняются искровые разрядники, которые при повышении

представляет собой испытуемый кабель, который можно заместить последовательной эквивалентной схемой. Вто­ рое плечо (Z2 ) состоит из магазина сопротивлений г2 . Третье плечо (Z3 ) образуется конденсатором без потерь, а четвертое (Z4 ) — магазином сопротивлений и магазином емкостей. Мост питается от вторичной обмотки высоко­ вольтного трансформатора. Уравновешивание моста про­ изводится регулировкой С4 и отношения г4 /г2 .

Воспользовавшись уравнением (7-13) и действуя анало­ гично предыдущему, можно показать, что для данного уравновешенного моста искомая емкость также опреде­

Глава восьмая

ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ

8 - 1 . ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ В Ц Е П И ПОСТОЯННОГО Т О К А

Мощность цепи постоянного тока можно определить, измерив напряжение на зажимах цепи вольтметром и ток в ней амперметром. Их произведение и будет равно мощно­ сти этой цепи:

P = UI.

230

Этот способ не точен, имеет ряд недостатков и приме­ няется редко.

Удобней и точней измерять мощность..электродина­ мическим ваттметром (рис. 8-1), измерительный механизм которого рассмотрен в § 2-3. Неподвижная катушка (рис. 8-1) включается последовательно с приемником энергии. Поэтому она называется последовательной или катушкой тока. Подвижная катушка вместе с добавоч­ ным сопротивлением включается параллельно приемни­ кам энергий на напряжение цепи U. Поэтому она назы-

Р и с. 8 - 1 . Схема устройства и соединения электродина­ мического ваттметра и обозначение измерительного механизма ваттметра.

вается параллельной цепью или цепью напряжения. Со­ противление параллельной цепи Гц вследствие применения добавочного сопротивления постоянно. По параллельной цепи проходит ток 1ц — U/гц, пропорциональный напря­ жению.

Угол поворота подвижной части ваттметра [см. (2-15)]

т. е. он пропорционален мощности. Следовательно, шкала ваттметра равномерная.

Изменение направления тока в одной из катушек вызы­ вает изменение направления вращающего момента и на­ правления поворота подвижной части, что делает отсчет по шкале невозможным, так как шкала прибора односто­ ронняя. Поэтому следует различать зажимы ваттметра.

Зажим последовательной обмотки, соединяемый с ис­ точником питания, называется г е н е р а т о р н ы м .

231

Зажим параллельной цепи, соединяемый с последователь­ ной катушкой, также называется генераторным. Генера­

т. е. мощность, измеряемая ваттметром, равна мощности приемников энергии и мощности параллельной цепи ватт­ метра.

232

При точных измерениях вводят поправки в результат измерения, обусловленные мощностью его обмотки. При меньшей точности измерений, когда поправки не вводятся, пользуются схемой рис. 8-2, так как обычно мощность

На рис. 8-4 генераторные зажимы ваттметра соединены неправильно через добавочное сопротивление, и, следо­ вательно, разность потенциалов между концами катушек равна напряжению сети (240—600 В). Таким образом, изоляция катушек, находящихся близко одна от другой, подвергается опасности пробоя. Кроме того, может воз­ никнуть дополнительная погрешность вследствие электро­ статического взаимодействия между катушками ваттметра.

8-2. Э Л Е К Т Р О Д И Н А М И Ч Е С К И Й В А Т Т М Е Т Р В Ц Е П И ПЕРЕМЕННОГО Т О К А

Если включить электродинамический ваттметр в цепь переменного тока с напряжением

u = Um sin at

и током

i = I m sin (at — ф),

то ток в катушке напряжения

233

т. е. угол поворота подвижной части ваттметра пропор­ ционален активной мощности. Кроме того, при равенстве полного сопротивления цепи напряжения ее активному сопротивлению (za = rv) показания ваттметра будут оди­ наковы в цепи постоянного и переменного тока. Это дает возможность производить градуировку и поверку ватт­ метра на постоянном TOKQ.

Если ток в параллельной цепи ваттметра совпадает по фазе с напряжением (ери — 0), то показания ваттметра

Используя известную формулу косинуса разности углов, получаем:

Г cos ф cos фу + sin ф sin фу

= (cos фу + sin фи tg ф — 1) • 100%.

Угловая погрешность ваттметра зависит от угла фи и от угла сдвига фазы между током и напряжением в изме­ ряемой цепи. Погрешность измерения, пропорциональная t g ф, очень велика при больших углах ф. Например, при углах сдвига 84° 20' и 88° 50' погрешности будут соответ­ ственно в 10 и 50 раз больше по сравнению с погрешностью при угле в 45°.

Электродинамические ваттметры выполняются на один или два номинальных тока последовательной цепи. В пос­ леднем случае токовая катушка состоит из двух одинако-

234

вых секции, которые соединяются последовательно или параллельно аналогично соединениям катушек электро­ динамического амперметра (рис. 3-30). Переключение

мы параллельной цепи, получим изменение фазы напря­ жения на 180° (рис. 8-7, б).

В том и другом случае сдвиг фазы между током / и напряжением U ваттметра будет равен 180° — <р, а угол

235

поворота подвижной части будет отрицательным, так как

т. е. подвижная часть отклонится в обратную сторону, где делений шкалы нет.

Определение мощности по показанию ваттметров высо­ ких классов точности производится (§ 1-4, в) умножением

мощности.

Для получения сдвига в 90° между током 1ц и напря­ жением U применяют одну из искусственных схем (рис. 8-9). Для этих схем характерна зависимость показаний ваттметра от частоты тока, так как от нее зависят реактив­ ные сопротивления и сдвиг фаз между током и напряже­ нием в параллельной цепи ваттметра.

К положительным свойствам электродинамических ваттметров относятся высокая точность (классы точности 0,1—0,2—0,5); пригодность для постоянного и перемен­ ного тока 45—60—500 Гц и выше.

К недостаткам относятся слабое магнитное поле, не­ большой вращающий момент, чувствительность к внешним магнитным полям, чувствительность к перегрузкам, высокая стоимость.

Отечественная промышленность изготовляет много электродинамических ваттметров различных типов, напри­ мер: Д57 класса точности 0,1; Д533 класса точности 0,2;

236

Р и с . 8-9. Схема для получения тока в параллельной катушке ваттметра, сдвинутого по фазе на 90° относи­ тельно напряжения (а), и векторная диаграмма парал­ лельной цепи указанной схемы (б).

Д568 класса точности 0,5. Для измерения мощности в це­ пях с большим сдвигом (cos фн = 0,1) служит ваттметр типа Д542 класса точности 0,5.

8-3. Ф Е Р Р О Д И Н А М И Ч Е С К И Й ВАТТМЕТР

Ферродинамический ваттметр имеет измерительный механизм системы того же названия (§ 2-4). Неподвижная

намагничивания, от вихревых токов и от гистерезиса. Потери в стальном сердечнике вызывают отставание по фазе последовательного магнитного потока Фг от тока /

237

этой цепи на угол е (рис. 8-10). Поэтому выражение угла поворота подвижной части [см. (8-4)] будет:

а — /с2 Пи cos (ф -f- е — фу) = к3 IU cos (ф -f- е — фу). (8-12) Выполнив условие фи = е, получим:

а = кя IU cos фи = к3Р,

т. е. угловая погрешность ваттметра будет равна нулю.

Р и с . 8 - 11 . Схема ферродииампческото ватт­ метра типа Д539.

Для выполнения условия фу = е при относительно больших значениях угла е угол фу увеличивают, приме­ няя добавочный резистор, выполненный частично или полностью не с бифилярной, а с обычной унифилярной обмоткой, как, например, у ваттметров типа Д539.

Погрешности от гистерезиса и вихревых токов снижают точность этих ваттметров (класс 1,5). Изготовляя магнитопровод из пермаллоя, можно получить ваттметры, удов­ летворяющие требованиям класса 0,5.

Схема ваттметра типа Д539 дана на рис. 8-11.

238

Ваттметр имеет: а) два номинальных тока с наимень­ шими значениями 10—20 мА и наибольшими — 5—10 А; б) четыре номинальных напряжения 30—75—150 и 300 В или 75—150—300—600 В. Они пригодны для постоянного и переменного тока с частотой 45—65—500 Гц.

Магнитопровод из пермаллоя и растяжки для крепле­ ния подвижной части позволили уменьшить номинальный ток в параллельной цепи до 3,0 мА. Мощность последова­ тельной цепи равна 0,15 Вт.

8-4. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ ВАТТМЕТРОМ С И З М Е Р И Т Е Л Ь Н Ы М И Т Р А Н С Ф О Р М А Т О Р А М И

Измерение мощности в низковольтных цепях с боль­ шими токами производится ваттметром с трансформатором тока (рис. 8-12).

Первичная обмотка трансформатора тока соединяется последовательно с приемником энергии. К зажимам вто-

Рпс . 8-12. Схема соединения ваттметра с трансфор­ матором тока (а) и векторная диаграмма для указан ­ ной цепи (б).

ричной обмотки присоединяются последовательно соеди­ ненные амперметр и токовая цепь ваттметра. Параллель­ ная цепь ваттметра и вольтметр присоединяются к про­ водам первичной цепи.

Зажимы трансформатора Л1 и Иг соединяются между собой, чтобы генераторные зажимы ваттметра имели один потенциал. Ввиду этого вторичную обмотку трансформа­ тора тока заземлять нельзя.

239