книги из ГПНТБ / Электрические измерения. Общий курс учебник

относительно большую погрешность от взаимного влпянпя потоков и токов эле­

меры, а также включать счетчик в цепь при том порядке следования фаз, при котором он регулировался.

Рис. 103. Схемы располо­ жения вращающих элемен­ тов- в трехфазных счетчи­ ках: а — в однодпековом; б — в двухдисковом; в — в трехэлементном двухдиско­ вом; г — в трехэлементном

трехдисковом

Недостатком двухдисковых счетчиков является их большая высота и уве­ личенный вес подвижной части по сравнению с однодисковыми. Подвижная часть трехэлементных счетчиков имеет или два (рис. 103, в), или три (рис. 103, г) диска, насаженных на общую ось. В двухдисковых приборах две магнитные системы действуют на одни диск, а третья — на другой диск.

В трехдпековых приборах каждая магнитная система в отдельности действует па свой диск. Трехдисковые счетчики имеют меньшие погрешности по сравне­ нию с двухдисковыми.

Измерение реактивной мощности и энергии в однофазной и трех­ фазной цепях. Несмотря на то что реактивная мощность не опреде­ ляет ни совершаемой работы, ни передаваемой энергии за единицу времени, измерение ее (и энергии) имеет большое народнохозяйст­ венное значение в энергетических установках. Это объясняется тем, что наличие реактивной мощности приводит к дополнительным поте­ рям электрической энергии в линиях передачи, трансформаторах и генераторах.

160

Как известно, в технике под реактивной мощностью понимается

Рr = UI sin ф.

Реактивная мощность однофазной цепи может быть измерена ваттметром.

Электродинамический или ферродинамический ваттметр, спе­ циально предназначенный для измерений реактивной мощности (ре­

в том, что он имеет усложненную схему параллельной цепи, в кото­ рую включают реактивное сопротивление с целью получения сдвига

Рис. 104. Реактивный ваттметр с искусственной схемой параллельной цепи: а — схема ваттметра; б — векторная диаграмма

по фазе у — 90° между векторами тока и напряжения этой цепи. Тогда угол отклонения подвижной части ваттметра будет пропор-- ционален реактивной мощности.

Для получения угла у — 90° в параллельную цепь реактивного ваттметра включают индуктивное или емкостное сопротивление. Однако простым включением катушки индуктивности или емкости последовательно с параллельной обмоткой угол сдвига в 90° полу­ чить не удается, так как параллельная обмотка имеет активное со­ противление. Поэтому в реактивных электродинамических ваттмет­ рах применяется искусственная схема, обеспечивающая требуемый сдвиг.

На рис. 104, а приведена одна из схем реактивного ваттметра, а на рис. 104, б — ее векторная диаграмма. Параллельная цепь ватт­ метра состоит из подвижной катушки а, б, шунтированной актив­ ным сопротивлением гх и индуктивности L . Вектор тока Іц будет отставать от вектора напряжения С/а б , а вектор тока Іх в сопро­ тивлении гх будет совпадать по фазе с вектором U„§.

Подбором параметров схемы можно получить угол сдвига между векторами тока Іц и напряжения U, равный 90°. Недостатком этой схемы является зависимость показаний ваттметра от частоты. Кроме того, наличие шунтирующего сопротивления гх приводит к умень­ шению вращающего момента прибора.

Как известно, реактивную мощность трехфазной цепи можно представить как сумму реактивных мощностей отдельных фаз, т.. е.

можно различными способами: при помощи обычных ваттметров (счетчиков), но включаемых по специальным схемам, и при полющи реактивных ваттметров (счетчиков).

В случае полной симметрии в трехфазной цепи реактивную мощ­ ность (и энергию) можно измерить одним ваттметром, включенным по схеме рис. 105, а.

Рпс . 105. Измерение реактивной мощности в симметричной трехфаз­ ной цепи одним ваттметром: а — схема при соединении нагрузки звез­ дой; б — векторная диаграмма

Поскольку показания ваттметра определяются произведением тока, протекающего по его последовательной обмотке, напряжения, приложенного к его параллельной цепи, и косинуса угла между векторами тока и напряжения, то для приведенной схемы включе­

Показание ваттметра необходимо умножить на |'3 . Даже при незначительной асимметрии схема с одним ваттметром дает большую погрешность. Меньшая погрешность в этом случае получается при использовании двух ваттметров -W1 и W2 (рис. 106).

При применении двух ваттметров сумму их показаний в едини­ цах мощности в соответствии со схемой рис. 106 можно написать так:

Рі + Рі = U2Zh cos ßx - f t71 2 /a cos ß2 .

Из векторной диаграммы (рис. 105, 6) находим

ß 1 = ß 2 = = 9 0 ° - 9 .

162

Как видно из схемы рис. 107, а, ваттметры WÏ и W2 включены так, что показания первого будут

На рис. 107, б представлена векторная диаграмма для случая включения нагрузки треугольником и симметрии напряжений, т.е. ра­ венства U12 — U.i3 = U3in асимметрии токов и углов. На диаграмме

О)

Z,

векторы напряжений Ul0 и Uos, приложенных к параллельным цепям ваттметров, получены в результате образования искусственной нуле­ вой точки. Эти напряжения в У~3 раз меньше напряжений £/1 2 , U23 и С/10 на нагрузке.

Заменяя в выражениях (106) и (107) проекции векторов линей­ ных токов Іх cos Vi и I 3 cos Va н а векторы напряжений U10 и Uos сум­ мой проекций векторов фазных токов на эти же векторы напряже­ ний, будем иметь

h cos vi = 112 cos (90° - фі) -f-1la cos (30° - ф3 ); I s cos Ѵз = hi cos (150° — фз) — /2 з cos (90° + ф3 ).

164

Рпс. 108. Прпбор с дифференциальными обмотками в последовательных цепях для измерения реактивной мощности в трехфазных цепях: а — схема включения прибора; б — векторная диаграмма

двухэлементные ваттметры пли индукционные счетчики с дополнительными по­ следовательными обмотками. Такие приборы иногда называются дифференци­ альными. Дополнительные обмотки, имеющие такое же число витков, как и основные, соединены между собой последовательно и включены в рассечку

165

так, что их показания делить на \ 3 не нужно . Эти приборы пригодны дли изме­ рений реактивной мощности и энергии и в четырехироводиой цепи трехфазного тока.

4

Рис. 109. Измерение реактивной мощности п энергии в трехфазной четырех­ ироводиой цепи приборами: а — схема прибора; б — векторная диаграмма

Д л я измерений реактивной мощности и энергии в трехпроводной и четырех­ ироводиой цепях при простой асимметрии может быть применен метод трех при­ боров или один трехэлементный прибор. В этом случае, так же как по схемам двух приборов, используются «замененные напряжения», т. е. параллельные обмотки приборов включаются в следующие по порядку чередования фазы, ка к

166

Для измерения угла сдвига фаз между током и напряжением, а также коэффициента мощности в однофазной цепи переменного тока применяются специальные для этой цели приборы, называемые фазометрами. Из электромеханических фазометров наибольшее рас­ пространение получили фазометры электродинамической, ферродинамической и электромагнитной системы.

Электродинамические фазометры осуществляются на основе элек­ тродинамического логометра. На рис. 110, а и б показаны схема однофазного электродинамического фазометра и векторная диа­

Рис. 110. Электродинамический однофазный фазометр: а — схе­ ма прибора; б — векторная диаграмма

Таким образом, пространственное положение подвижной части определяется только углом ф и не зависит от U и / . Шкала фазометра по углу ф будет равномерной.

Рассмотренный фазометр обладает рядом недостатков. В част­ ности, параллельная цепь такого прибора может быть рассчитана только на одно значение напряжения, так как при изменении вели­ чины добавочного сопротивления изменится угол ß и вместе с ним характеристика шкалы. Существенным недостатком является также большая зависимость показаний от частоты. В настоящее время 'распространение получили фазометры типа ЭЛФ, выполненные по схеме, приведенной на рис. 111. Эти фазометры свободны от указан­ ных недостатков.

В последовательной цепи; фазометра включен конденсатор^ С^, величина которого выбрана таким образом, чтобы при номинальной частоте в этой цепи был резонанс напряжений. Это уменьшает общее падение напряжения в токовой цепи прибора. Для компенсации погрешности от частоты одна катушка параллельной цепи выпол­ нена из двух равных секций Б'In Б"1, одна из которых включена через дроссель L , а другая — через конденсатор С. Наличие в схеме

167

дросселя и конденсатора обеспечивает сдвиг фаз для токов в сек­ циях Б' 1 и Б"1 почти на 180 , а при встречном включении обмоток моменты, возникающие в каждой из секций, будут действовать в одну сторону, т. е. складываться. Значения индуктивности L и емкости С подбираются так, чтобы при номинальной частоте со L V ((об), т. е. чтобы токи в секциях Б'1 и Б" 1 были равні.і между собой. Следова­ тельно, будут равны и моменты, создаваемые этими токами. С изме­ нением частоты в некоторых пределах увеличение тока в одной сек­ ции катушки Б1 практически равно уменьшению тока в другой сек­ ции этой же катушки, а их суммарное действие остается неизменным, т. е. показания прибора не зависят от частоты. Дл я того чтобы при­ бор можно было использовать в цепях с различным напряжением, предусмотрен трансформатор, встроенный внутрь прибора.

Рис. 111. Схема одно­ фазного фазометра типа

•if-

Однофазные, переносные, электродинамические фазометры типа ЭЛФ класса 1,5 предназначены для измерения коэффициента мощ­ ности cos ф в цепях переменного тока с частотами соответственно 500, 1000, 400 и 2400 Гц. Пределы измерения cos ф равны 0,5—1—0,5 для емкостного и индуктивного сдвигов.

В качестве щитовых (класса точности 2,5) применяются узкопро­ фильные со световым отсчетом ферродинамические фазометры (Д392), предназначенные для измерения, сигнализации и регулирования коэффициента мощности в трехфазных сетях переменного тока частоты 50 Гц, с равномерной нагрузкой фаз и симметрией линейных напря­ жений.

Измерение частоты. Измерение частоты переменного тока может производиться при помощи электромеханических приборов, полу­ чивших название частотомеры. Наиболее простым является элек­ тромагнитный резонансный частотомер.

Применяются две конструкции такого частотомера: с непосредст­ венным возбуждением (рис. 112, а) и с косвенным возбуждением (рис. 112, б).

Для измерения частоты переменного тока лбмотка электромаг­ нита 1 включается в сеть подобно вольтметру. В поле электромаг­ нита располагаются стальные пластинки 2, у которых один конец закреплен неподвижно, а второй может перемещаться. Этот конец за­ гнут и обычно покрашен светлой краской для того, чтобы было удобно

168

наблюдать за его колебаниями со стороны шкалы. Пластинки подо­ браны так, что каждая из них обладает различной частотой собствен­ ных колебаний. Под действием переменного магнитного поля пла­ стинки дважды за период будут притягиваться к электромагниту и дважды (при прохождении тока через нуль) под действием сил упру­ гости возвращаться в исходное положение, т. е. будут совершать

S).

m

Рис. 112. Резонансный частотомер: а — с не­ посредственным возбуж­ денном; б — с косвен­ ным возбуждением

колебательные движения. С наибольшей амплитудой будет коле­ баться та пластинка, частота собственных колебаний которой равна двойной частоте тока. Со стороны шкалы это будет видно так, как показано на рис. 113.

В частотомере с косвенным возбуждением (рис. 112, б) электро­ магнит 1 действует на якорь 2, жестко связанный с пластинкой 3, которая укреплена на двух пружинящих опорах 4. Под действием

ключается в том, что они неприменимы в подвижных установках в связи с возможностью возникновения механического резонанса пла­ стинок с внешними вибрациями.

Электромеханический частотомер может быть осуществлен на основе электродинамического логометра. Схема такого частотомера и векторная диаграмма показаны на рис. 114, а и б. Параметры цепи (С.г) одной катушки логометра подбираются так, чтобы угол сдвига фаз между током / 2 и напряжением U был бы близким к +90°. Параметры цепи (г, L , С\) неподвижных катушек логометра и вклю­ ченной с ней последовательно второй подвижной катушкой подбира­ ются так, чтобы был резонанс напряжений при частоте, равной сред-

169