Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Метрология. Электрические измерения. Практикум
.pdf
10. Надежность функционирования измерительного прибора — способность прибора сохранять нормируемые заводом-изготовителем метрологические и технические характеристики в течение заданного интервала времени.
Заводы-изготовители дают гарантийный срок службы измерительных
приборов при соблюдении паспортных условий их эксплуатации. Например,
гарантийный срок службы электронных счетчиков электрической энергии, изготавливаемых Рязанским заводом измерительных приборов, составляет 12 лет.
21
5. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ И ЭДС
в
дв
в
R
RR
UU
+
=
тнв
КUU =
тн
К
U
Uв Uд Rв V R
д
Напряжение и ЭДС, которые необходимо измерять при испытательноналадочных работах, весьма разнообразны по величине, роду тока и, иногда,
частоте; разнообразны также условия проведения этих измерений и требования
к их точности. Наиболее часто напряжение измеряют прямым методом непосредственной оценки с помощью стрелочного прибора — вольтметра.
При измерении средних величин напряжения (от 1 ÷ 500 В) в цепях постоянного тока применяют главным образом вольтметры магнитоэлектрической системы непосредственного включения. В цепях переменного тока промышленной частоты при тех же величинах напряжения используют вольтметры
электромагнитной системы, реже детекторные и электродинамические.
Для увеличения пределов измеряемого напряжения применяют добавочные сопротивления (рис. 5.1), а также трансформаторы напряжения (тн) переменного и, реже, постоянного тока.
Рис. 5.1. Схема включения вольтметра с добавочным сопротивлением
Величину напряжения можно определить по следующим формулам:
• при использовании добавочных сопротивлений
; (5.1)
• при использовании измерительных трансформаторов
, (5.2)
где U
— напряжение, измеряемое вольтметром, В; Rв и Rд — соответственно
в
внутреннее сопротивление вольтметра и добавочное сопротивление, Ом;
коэффициент трансформации измерительного трансформатора.
Напряжение больше 500–600 В может быть измерено также с помощью
электростатистического вольтметра и шаровых разрядников.
—
22
Электромагнитный и магнитоэлектрический амперметры в отдельных
a
пр
пр
Z
IU =
R
IU
⋅
=
пр
случаях могут быть использованы в качестве вольтметров с верхним пределом
шкалы, В:
, (5.3)
где I
— верхний предел шкалы амперметра, А; Za — внутреннее сопротивле-
пр
ние амперметра, Ом.
Для измерения малых значений напряжения и ЭДС (от 1 ÷ 100 мВ) применяют милливольтметры магнитоэлектрической системы (в цепях постоянного тока) и электронные (в цепях переменного тока). Измерение небольшой величины ЭДС и напряжений постоянного тока (особенно в маломощных цепях)
можно производить с помощью переносных потенциометров. При измерениях
напряжения переменного тока малых, средних и больших величин в электронных схемах широко применяют ламповые вольтметры.
Падение напряжения постоянного тока косвенно может быть определено
путем измерения (предварительно) сопротивления цепи R и тока в нем I, В
. (5.4)
23
6. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ
в W U
U′
Rд
R
* * а W I
U
U′
Rд
R
* * *
*
б W I
U
U′
Rд
R
I
Мощность в электрических цепях измеряют ваттметрами электродинамической или индукционной системы (последнюю применяют только в цепях переменного тока). На рис. 6.1 приведены схемы включения ваттметра для измерения мощности, потребляемой сопротивлением нагрузки R
(в цепях посто-
наг
янного и однофазного переменного тока). В цепи напряжения включены добавочные сопротивления R
. Начало токовой обмотки и обмотки напряжения, так
д
же как и в последующих схемах, показано соответственно левой и верхней точками на обмотках ваттметра W; перемена полярности одной из обмоток приво-
дит к отклонению стрелки ваттметра в обратную сторону.
наг
наг
наг
наг
Рис. 6.1. Принципиальные схемы включения ваттметра
в цепь постоянного и однофазного переменного токов
При включении ваттметра по схеме, приведенной на рис. 6.1, а, в цепь
постоянного тока он учитывает мощность, потребляемую электроприемниками,
а также потери в токовой обмотке ваттметра:
24
( )
тпрт
2
т
PPRIIUIRUIUIP +=+=+=
′
=
, (6.1)
( )
нпрнн
PPUIUIIIUP +=+=+=
ϕ= cos
вт
UIсP
IUP ⋅=
,
тнттвтизм
ККсс =
тт
К
тн
К
,
α
пр
прпр
изм
IU
с =
где I и U — соответственно ток и напряжение на нагрузке; U
питания; R
ветственно мощность, потребляемая приемниками, и потери мощности в токовой обмотке.
При включении по схеме, приведенной на рис. 6.1, б, ваттметр учитывает
дополнительно потери в обмотке напряжения Р
Схему, приведенную на рис. 6.1, в, не следует применять вследствие того,
что при таком включении между обмотками тока и напряжения появляется
большая разность потенциалов, способная привести к пробою изоляции обмотки и вызвать дополнительную погрешность за счет электростатического взаимодействия обмоток.
Показания ваттметра, включенного в цепь переменного тока, пропорциональны произведению подведенного к нему напряжения U, тока в токовой обмотке I и cosφ:
— сопротивление токовой обмотки ваттметра, Ом; Рпр и Рт — соот-
т
:
н
′
— напряжение
. (6.2)
где с
измеряют ток и напряжение:
а в цепи переменного тока дополнительно с помощью фазометра — cosφ.
применяют шунты, добавочные сопротивления и измерительные трансформаторы (рис. 6.2). Цена деления ваттметра при пользовании измерительными
трансформаторами составляет, Вт/дел:
ТН; с
делов по току и напряжению, Вт/дел.
— цена деления ваттметра.
вт
При определении мощности косвенным методом в цепи постоянного тока
Для расширения пределов измерения ваттметра по току и напряжению
Здесь
— цена деления ваттметра при данном положении переключателей пре-
вт
и
— коэффициенты трансформации соответственно ТТ и
, (6.3)
, (6.4)
(6.5)
25
(6.6)
где Uпр и I
W
ТН
ТТ
V A *
*
W2
R
W1
W3 А В
С 0 * * *
* * *
ваттметра.
— верхние пределы ваттметра; αпр — количество делений шкалы
пр
Рис. 6.2. Схема включения ваттметра, амперметра и вольтметра
через измерительные трансформаторы
При выполнении испытательно-наладочных работ мощность в трехфазных цепях измеряют однофазными активными ваттметрами. В четырехпроводных сетях (три фазных и один нулевой провод) активную мощность измеряют с помощью трех однофазных ваттметров, включенных в отдельные фазы
(рис. 6.3).
наг
Рис. 6.3. Схема включения однофазных ваттметров
в четырехпроводную сеть трехфазного тока
26
Измеряемую мощность Ра определяют как сумму мощностей всех фаз:
.
a CBA
PPPP ++=
a
P
.3
a A
PP =
.
д21
RRRR
W
+==
Д
W
С A В
*
*
(6.7)
Пользоваться одним ваттметром, включенным в одну из фаз, в этом случае не следует, так как велика вероятность неравномерности нагрузки, и погрешность измерения может оказаться значительно больше допустимой.
Активную мощность Р
в трехпроводной сети (без нулевого провода) при
а
равномерной нагрузке фаз можно определить по одной из следующих схем:
1. Схема с одним ваттметром, включенным на напряжение и ток одной и
той же фазы (рис. 6.4). В качестве нулевой точки используется нейтраль приемника или источника электроэнергии.
Рис. 6.4. Схема измерения мощности в трехфазной трехпроводной сети
одним ваттметром
Трехфазная мощность
определяется из выражения
(6.8)
Если обмотки приемника (или источника) электроэнергии соединены в
треугольник, мощность одной фазы можно измерить по схеме, приведенной на
рис. 6.5.
2. В установках, где нулевая точка недоступна, мощность может быть измерена одним ваттметром при создании искусственной нулевой точки (рис. 6.6)
обмоткой напряжения ваттметра и сопротивлениями, подключенными к двум
остальным фазам (R
и R2).
1
Сопротивления всех фаз, образующие звезду, должны быть равны друг
другу:
(6.9)
27
где RW — сопротивление обмотки напряжения ваттметра; Rд — добавочное со-
W А В
С Д *
*
Д
W
С
A
В
RW
R
R1
Rд
R2 * *
противление цепи.
Рис. 6.5. Схема измерения мощности одним ваттметром
при соединении приемника электроэнергии в треугольник
W+Rд=R1=R2
Рис. 6.6. Схема измерения мощности одним ваттметром в трехфазной сети
с созданием искусственной нулевой точки
3. Согласно схеме, на рис. 6.7, к ваттметру, токовая обмотка которого
включена в одну из фаз (A), поочередно с помощью переключателя подводят
междуфазные напряжения (АВ и АС).
Алгебраическая сумма показаний ваттметра при первом (P
измерениях равна потребляемой мощности установки Р
Значения P
Ра = Р
и Р2 можно измерять одновременно двумя ваттметрами, что
1
+ Р2. (6.10)
1
:
а
) и втором (Р2)
1
целесообразно тогда, когда возможно подвести к ваттметрам напряжение всех
трех фаз, а ток — только одной фазы.
28
4. Если к ваттметрам можно подвести токи двух фаз (А и С) и только одно
Д
W
С
A
В
* * W1
С
A
В
W2
R2
R1
R3
*
*
междуфазное напряжение (АС), то мощность Р
можно измерять двумя ватт-
a
метрами по схеме, приведенной на рис. 6.8, где R
нагрузки R
. При этом Ра определяется из уравнения (6.10).
наг
1
– R
— сопротивление
3
Рис. 6.7. Схема измерения мощности одним ваттметром в трехфазной сети
с переключением обмотки напряжения
Рис. 6.8. Схема измерения мощности в трехфазной сети
двумя ваттметрами при подключении к ним токов
разных фаз и одного междуфазного напряжения
Активную мощность в трехпроводной сети при равномерной и неравно-
мерной загрузке фаз можно измерить следующим образом:
1) по схеме трех ваттметров, аналогичной схеме на рис. 6.3, но без связи
нулевой точки обмоток напряжения ваттметров с нулевым проводом сети;
2) по одному из трех вариантов схемы, приведенной на рис. 6.9 (схемы
Арона). В испытательной практике эта схема применяется наиболее часто.
29
Реактивную мощность трехфазной установки Р
3
( )
.3
21p
PPP −=
( )
.3
21p
PPP +=
.
д22д11
RRRRR
WW
+=+=
W1
С A В
W2
W1
С
A
В
W2
а б в
W1
С A В
W2
активных ваттметров по следующим схемам:
1. В трехпроводной сети с равномерной загрузкой фаз по одной из схем,
приведенных на рис. 6.9, Р
определяют как алгебраическую разность мощно-
р
определяют с помощью
р
стей, измеренных каждым ваттметром, умноженную на
Рис. 6.9. Три варианта включения ваттметров по схеме Арона
2. В трехпроводной сети с равномерной и неравномерной загрузкой фаз
Р
определяют по схеме, приведенной на рис. 6.10:
р
:
(6.11)
(6.12)
Сопротивление, включенное на свободную фазу (R), подбирают так, чтобы оно вместе с обмотками напряжения ваттметров и их добавочными сопротивлениями (R
+ Rд, и R
W
W1
+ R
) образовало бы симметричную звезду, а к ват-
д2
тметрам были бы подведены фазовые напряжения:
30
(6.13)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]