книги из ГПНТБ / Туровский Я. Техническая электродинамика

10-6. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ ПРИ НИЗКИХ КОЭФФИЦИЕНТАХ м о щ н о с т и

При модельных испытаниях электродинамических систем, таких, как элементы электрических машин и трансформаторов (Л. 6-14], систе­ мы шин, несущих большие токи (Л. 4-18], а также при типовых и заводских испытаниях сверхмощных высоковольтных трансформа­ торов '[Л. 10-19] и энергетических параллельных реакторов :[Л. 10-9] приходится иметь дело с малыми коэффициентами мощности, дости­ гающими значения cos(p=0,001 и меньше.

В таком случае значительные погрешности измерения (рис. 10-9), вызванные угловыми ошибками ваттметров и измерительных транс­ форматоров тока, а также незначительным отклонением стрелок ваттметров, не позволяют применять обычные методы измерения мощности с помощью ваттметров. Поэтому такие измерения прово­ дятся обычно с помощью специальных мостовых компенсационных схем либо с помощью специальных ваттметров.

Рис. 10-7. Схема ваттметра для измерения при малых коэффи­ циентах мощности или малых напряжениях (с) и векторная диа­ грамма напряжения (б) [Л. 10-17].

I— обычный ваттметр с c o s c p ] I O M = l; 2 — регулировочный воздушный трансформатор; 3 — электронный усилитель с регулируемым усилением .

Мостовые схемы из-за сложности устройства и трудоемкости обслуживания не нашли широкого распространения в промышленной практике '[Л. 10-19]. Поэтому описание эффективных на практике методов измерений начнем с компенсационного заттметра, разрабо­ танного автором [Л. 10-20], и компенсационного ваттметрового при­

[Л. 10-17, 10-18]. На рис. 10-7 показана схема ваттметра [Л. 10-20], предназначенного для измерения мощности при практически произ­ вольно малом значении коэффициента мощности либо при практи­ чески произвольно малом напряжении. Схема делает возможной работу обычного ваттметра / при коэффициенте мощности, всегда

450

близком к единице, независимо от значения коэффициента мощности измеряемой цепи, т. е. при полном отклонении стрелки ваттметра.

Принцип действия схемы объясняет векторная диаграмма для первой гармоники тока и напряжения (рис. 10-7,6). Аналогичные диаграммы можно построить для каждой из гармоник. В потенциаль­ ный контур основного ваттметра / включают не напряжение прием­ ника, как обычно, а разницу (векторную) напряжений приемника и регулируемого вторичного напряжения воздушного трансформатора 2. Регулировка эта дает возможность приведения напряжения, под­ веденного к ваттметру, к значению U cos <р, находящемуся в фазе с током токовой катушки. Отсчет мощности производят после све­ дения к минимуму отклонения стрелки вольтметра V и подбора сте­ пени усиления электронного усилителя 3 для данного предела на­ пряжения ваттметра 1.

В случае, когда ток и напряжение приемника синусоидальны, мощность приемника можно определить только па основании пока­ заний вольтметра V, которые после сведения стрелки к минимуму показания с помощью регулировочного трансформатора 2 будут равны значению U cos ср. Таким образом, прибор действует, как обыч­ ный векторометр с усилителем, обеспечивающий простой отсчет мощ­ ности на шкале ваттметра,

В случае искажения хотя бы одной из кривых мощность следует отсчитывать только на шкале ваттметра 1, так как он показывает общую мощность всех гармоник, а показания вольтметра V могут быть в этом случае ложными.

Таким образом, этот ваттметр может быть одновременно ука­ зателем «синусоидальности» кривых напряжения и тока, а также влияния искажений на измеряемую мощность.

Очевидно, нет необходимости в точной компенсации показаний вольтметров, т. е. в сведении его показаний к минимуму, так как основной ваттметр J и так всегда показывает активную мощность.

соидальную э. д. с. £, индуктированную потоком рассеяния, несину­ соидального тока, протекающего в первичной обмотке регулировоч­ ного воздушного трансформатора 2 (рис. 10-7,а). В этом случае про­ исходит компенсация только первых гармоник напряжений U и Е. Высшие гармоники э. д. с. Е, индуктируемые высшими гармониками тока /, вводятся, таким образом, в цепь потенциальной обмотки ваттметра 1 без компенсации. Однако ввиду того, что они сдвинуты на угол л/2 относительно соответствующих высших гармоник тока / в токовой катушке, они дают нулевую мощность и не мешают изме­ рению мощности.

Подобная картина имеет место при несинусоидальном напря­

451

ных случаев. Мощность соответствующих гармоник тока И Напряже­ ния ваттметр показывает в этом случае обычным образом.

Высшие гармоники не позволяют получить полной компенсации напряжений (точка А на рис. 10-7,6), но в этом нет и необходимости, так как ваттметр всегда будет работать правильно и без компенса­ ции. Компенсация служит здесь исключительно для увеличения cos ср, при котором работает основной ваттметр. Даже частичная компен­ сация реактивной составляющей напряжения обеспечивает работу ваттметра при большом cos ф. Не полностью скомпенсированные высшие гармоники напряжения проникают в ваттметр, проходя сквозь усилитель. Поэтому погрешность измерения при этом может

щая усилитель. Это свойство является особенно полезным при измерениях малых мощностей при малых напряжениях. Благодаря этому угловая погрешность воздушного трансформатора также мо­ жет стать очень малой.

Точность всего прибора зависит в основном от точности воз­ душного трансформатора 2 и в особенности от его угловой погреш­ ности. Одновременно эта точность в небольшой степени зависит от точности усилителя 3 (Л. 10-11]. Это вытекает из следующего: если вторичная э. д. с. воздушного трансформатора Е отклоняется на угол у от прямой, перпендикулярной току (рис. 10-8), то мощность, которую показывает ваттметр, равна:

Р-, = (Uw + U sin у tg Y) / = UI (cos f + sin f tg Y).

Так как угол у имеет очень малое значение (не больше несколь­ ких минут), можно принять tgY~Y. откуда угловая погрешность

Wcosf — UI (cos у + Y sin 9)

452

При угле Y, выраженном в минутах, процентная погрешность составляет:

так как угол f$ имеет очень малое значение.

По этой причине наибольшие ограничения накладывают на уг­ ловую ошибку воздушного трансформатора.

Важным преимуществом компенсационного ваттметра является возможность компенсации угловой погрешности измерительного трансформатора тока [Л. 10-18]. При малых коэффициентах мощ­ ности погрешность равна:

где б— угловая погрешность трансформатора тока в минутах.

так как углы б и бк , как правило, имеют очень малые значения. Вместе с тем трансформатор тока не следует включать так, что­

бы его вторичная обмотка была соединена последовательно с первич-

453

Рис. 10-10. Способ правильного включения измерительного транс­ форматора тока в схему компенсационного ваттметра (а) и век­ торная диаграмма напряжений и угловых погрешностей (б) (Л. 10-18].

вой обмоткой воздушного трансформатора, так как в этом случае ваттметр будет измерять мощность UI(q>—6) и угловая погрешность будет такой же, как в (10-40).

и напряжения можно с помощью только самого прибора путем ком­ пенсация определить активную и реактивную составляющие напряже­ ния приемника. Следовательно, прибор является также векторметром. Схема включения прибора показана на рис. 10-11. Так же как и в компенсационном ваттметре, точность прибора определяется воздуш­ ным трансформатором. С целью уменьшения его угловой погрешности параллельно первичной обмотке трансформатора 2 (рис. 10-10) вклю­ чают индукционную катушку, которая позволяет сместить по фазе

цепи приемника (I2ZR). Цепь эта была подобрана так, чтобы доба­ вочные потери в цепи были пренебрежимо малые, а коэффициенг мощности достаточно низок.

применении элементов с минимальной угловой погрешностью позво­ ляют достигнуть значительных точностей измерения. Их недостатком

455

является, однако, значительная трудоемкость, а также значительная

6)

Рис. 10-12. Схема измерительного м.оста с взаимной индук­ тивностью (а) и векторная диаграмма (б) (Л. 10-14].

лировку эту начинают с установки напряжения 1/4 так, чтобы его значение было близко к значению э. д. с. Ем- После достижения равновесия (l/o=G) коэффициент мощности определяют из соот­ ношения

Другая мостовая схема показана на рис. 10-13. Она применя­ лась для точных измерений мощности при токах до 150 А, напря­ жениях до 500 кВ и коэффициентах мощности в пределах 0,1—0,001, в высоковольтных реакторах и в опытах короткого замыкания высо­ ковольтных трансформаторов. Высокое напряжение подводится к мо­ сту через высоковольтный конденсатор без потерь (с газовой изоля­

и при угле погрешности меньше 0,2' в пределах нагрузки 5—200%. Вторичную обмотку измерительного трансформатора тока включают

456

#о и Ri должны иметь малые значения. Однако одновременно с этим при определенном значении R значение R 0 следует принимать по возможности наибольшим. Причиной больших погрешностей во вре­ мя измерения может быть емкость проводов относительно земли. Провод, идущий от конденсатора Со, экранируют, соединяя экран с точкой низкого потенциала моста. При непосредственном заземле­ нии экрана появляется добавочная погрешность (измерения) при

458