Ферродинамический ваттметр

Ферродинамический ваттметр имеет измерительный механизм того же наименования. Неподвижная катушка его служит катушкой тока, подвижная – катушкой напряжения.

В магнитопроводе из ферромагнитного материала при меньшей намагничивающей силе возникает большой магнитный поток, а, следовательно, большим будет и вращающий момент, что обеспечивает получение более прочной подвижной части. Далее, увеличение магнитного потока делает прибор малочувствительным к внешним маг

Рис. 3.4.9. Векторная диаграмма ферродинамического ваттметра

нитным полям. Кроме того, появляются слагающие основной погрешности: от нелинейности кривой намагничивания, от вихревых токов и от гистерезиса. Потери в стальном сердечнике вызывают отставание по фазе последовательного магнитного потока Ф_I от тока I этой цепи на угол  (рис. 3.4.9). Поэтому выражение угла поворота подвижной части будет . Выполнив условие _U = , получим: , т.е. угловая погрешность ваттметра будет равна нулю.

Для выполнения условия _U =  при относительно больших значениях угла  угол _U увеличивают, применяя добавочный резистор, выполненный частично или полностью не с бифилярной, а с обычной унифилярной обмоткой. Погрешности от гистерезиса и вихревых токов снижают точность этих ваттметров (класс 1,5). Изготовляя магнитопровод из пермаллоя, можно получить ваттметры, удовлетворяющие требованиям класса 0,5.

Измерение мощности ваттметром с трансформатором тока

Рис. 3.4.10. Схема соединения ваттметра с трансформатором тока (а) и векторная диаграмма для указанной цепи.

Измерение мощности в низковольтных цепях с большими токами производится ваттметром с трансформатором тока (рис. 3.4.10). Первичная обмотка трансформатора тока соединяется последовательно с приемником энергии. К зажимам вторичной обмотки присоединяются последовательно соединенные амперметр и токовая цепь ваттметра. Параллельная цепь ваттметра и вольтметр присоединяются к проводам первичной цепи. Зажимы трансформатора Л₁ и И₁ соединяются между собой так, чтобы генераторные зажимы ваттметра имели один потенциал. Ввиду этого вторичную обмотку трансформатора тока заземлять нельзя. Исходя из схемы соединения и векторной диаграммы (рис. 3.4.10, б), напишем выражение мощности, измеряемой ваттметром:

Р_W = I₂U₁cos₂. Умножив это выражение на номинальный коэффициент трансформации трансформатора тока k_нI, получим: . Так как I₂ k_нI  I₁ и (₁ - _I)  ₁ вследствие малости _I, то . Таким образом, найденное значение , равное произведению показаний ваттметра и номинального коэффициента трансформации трансформатора тока, приближенно равно измеряемой мощности Р₁.

У ваттметров, предназначенных для постоянной совместной работы с определенным трансформатором тока, на шкале наносятся значения мощности первичной цепи и указывается номинальный коэффициент трансформатора тока, с которым произведена градуировка.

Измерение мощности ваттметром с трансформаторами тока и напряжения

Рис. 3.4.11. Схема соединения ваттметра с измерительными трансформаторами (а) и векторная диаграмма (б)

Измерение мощности в цепях высокого напряжения производится ваттметром с трансформаторами тока и напряжения (рис. 3.4.11). Первичная обмотка трансформатора тока соединяется последовательно с приемником энергии, к зажимам вторичной обмотки присоединяются последовательно соединенные амперметр и токовая цепь ваттметра. Первичная обмотка трансформатора напряжения соединяется с проводами первичной цепи, к зажимам вторичной обмотки присоединяются вольтметр и цепь напряжения ваттметра. Один зажим каждой из вторичных обмоток измерительных трансформаторов и их корпуса заземляются. Исходя из схемы соединения и векторной диаграммы (рис. 3.4.11), напишем выражение мощности, измеряемой ваттметром: Р_W = I₂ U₂ cos₂. Умножив уравнение на произведение номинальных коэффициентов трансформации трансформаторов, получим . Так как ; и ввиду малости _I и _U принимаем (₁ + _U - _I)  ₁. При указанных допущениях . Таким образом, найденное значение мощности, равное произведению показаний ваттметра и номинальных коэффициентов трансформации измерительных трансформаторов, приближенно равно мощности первичной цепи, подлежащей измерению.

Соединение ваттметра с измерительными трансформаторами должно быть таким, чтобы ток в последовательной обмотке с точностью до _I совпадал по фазе с током первичной цепи трансформатора тока, а напряжение на параллельной цепи ваттметра с точностью до _U совпадал по фазе с напряжением первичной цепи трансформатора напряжения.

Для облегчения монтажа измерительных цепей зажимы трансформаторов тока размечаются буквами Л₁ и Л₂ (линия) – первичные, И₁ и И₂ (измерение) – вторичные.

Зажимы обмоток трансформатора напряжения размечаются буквами А и Х – первичные, а и х – вторичные.

Измерение активной мощности в трехфазных цепях

Измерение мощности в четырехпроводных цепях. Активную мощность Р четырехпроводной трехфазной цепи можно выразить суммой мощностей Р_А, Р_В, Р_С трех фаз, т.е.

Р = Р_А + Р_В + Р_С = I_А U_А cos_А + I_В U_В cos_В + I_С U_С cos_С

Из написанного следует, что измерение активной мощности цепи можно произвести тремя ваттметрами, каждый из которых измеряет мощность одной фазы (рис. 3.4.12). Удобней пользоваться трехэлементным ваттметром. Ваттметр имеет три неподвижные катушки и три подвижные, укрепленные на одной оси. Если ваттметр включен в цепь (рис. 3.4.12), то вращающий момент, действующий на каждую из подвижных катушек, будет пропорционален мощности соответствующей фазы. Результирующий вращающий момент, равный сумме отдельных моментов, будет пропорционален активной мощности четырехпроводной цепи трехфазного тока. Этой же мощности будет пропорционален и угол поворота подвижной части ваттметра.

Рис. 3.4.12. Схема включения ваттметров в четырехпроводную трехфазную цепь

Рис. 3.4.13. Схема соединения ваттметра для измерения мощности трехфазной цепи при равномерной нагрузке и доступной нулевой точке

Рис. 3.4.14. Схема соединения ваттметра с искусственной нулевой точкой

Измерение мощности в трехпроводных цепях при равномерной нагрузке фаз.

Если система напряжений симметрична, а сопротивления фаз одинаковы (равномерная нагрузка), то, измерив мощность одной фазы и умножив ее на 3, получим мощность трехфазной цепи. Рассмотрим несколько случаев.

1. При доступной нулевой точке измерение производится однофазным ваттметром (рис. 12.13). В последовательной цепи ваттметра идет ток I_ф фазы А, параллельная цепь ваттметра находится под фазным напряжением U_ф той же фазы, следовательно, ваттметр измеряет активную мощность фазы А: Р_W = Р_ф = I_ф U_ф cos. Активная мощность трехфазной цепи .

2. При недоступной нулевой точке или при приемниках, соединенных треугольником, ваттметр включается с искусственной нулевой точкой (рис. 3.4.14). Искусственная нулевая точка имеет два резистора R₁ и R₂, сопротивления каждого из которых равно сопротивлению параллельной цепи ваттметра, т.е. R₁ = R₂ = R_U + R_Д. При этом условии параллельная цепь ваттметра и два резистора образуют искусственную нулевую точку, на каждом из сопротивлений которой будет фазное напряжение. При соединении по схеме на рис. 12.14 на параллельной цепи ваттметра будет фазное напряжение U_ф = U_А фазы А, а в токовой цепи ваттметра – фазный ток I_ф = I_А той же фазы. При этом ваттметр измерит активную мощность одной фазы, т.е. Р_W = Р_ф, а активная мощность трехфазной цепи

.

Таким образом, постоянная ваттметра с искусственной нулевой точкой будет в 3 раза больше постоянной того же ваттметра при использовании его в однофазной цепи. ваттметр, предназначенный для постоянной совместной работы с определенной искусственной нулевой точкой, имеет шкалу, на которой наносятся значения мощности трехфазной цепи.

3. Если нагрузка равномерная, а приемники энергии соединены треугольником, то мощность трехфазной цепи можно измерить, применяя схему, указанную на рис. 3.4.15. В последовательной цепи ваттметра проходит ток I_ф фазы А, параллельная цепь ваттметра находится под фазным напряжением U_ф той же фазы, следовательно, ваттметр измерит активную мощность одной фазы А, определяемую формулой Р_W = Р_ф = I_ф U_ф cos. Активная мощность Р трехфазной цепи определится известным выражением:

.

4. Рис. 3.4.15. Схема соединения ваттметра для измерения мощности трехфазной цепи при соединение нагрузки треугольником

   Для измерения мощности при равномерной нагрузке и приемниках энергии, соединенных звездой или треугольником, можно применить схему, указанную на рис. 3.4.16. В последовательной цепи ваттметра проходит линейный ток I_А = I_Л. Параллельная цепь ваттметра при первом положении переключателя находится под линейным напряжением U_АС = U_Л, а при втором положении переключателя – под линейным напряжением U_АВ = U_Л. Мощность, измеряемая ваттметром в первом случае , а во втором случае . Сумма показаний ваттметров равна активной мощности цепи: