16 Прямое измерение активной мощности в цепях постоянного и однофазного переменного тока. Схемы включения ваттметров при большом и малом сопротивлении нагрузки, систематические погрешности измерения.

В цепях постоянного и однофазного тока используются электродинамические и ферродинамические ваттметры.

В аттметр имеет 4 вывода:

Выводы “I” называют токовыми их подключают последовательно с нагрузкой

Выводы “U” выводы обмотки U их включают параллельно нагрузке

Фактически амперметр и вольтметр в общем корпусе.

2 из 4 выводов отмечены “*” и называются генераторными выводами. Они служат для выбора схем включения ваттметра уменьшающих его системную погрешность. Погрешность измерения мощности состоит из двух составляющих:

δ=δсл+δсист

δсл- случайная, определяется классом точности прибора и присутствует всегда

δсист- определяется соотношением между сопротивлениями обмоток и сопротивлением нагрузки. Она может быть уменьшена при правильном выборе схемы включения прибора.

Первая схема включения ваттметра для измерения мощности нагрузки с большим R (лампы накаливания)

Б

R_H

А

Б

– схема замещения ваттметра

R_v, R_a, R_H – сопротивление вольтметровой обмотки, амперметровой и приемника энергии (нагрузки).

Показания прибора:

P_изм=U_v*I_a=(U_a+U_H)*I_a=U_a*I_a+U_H*I_a=P_a+P_H

Показания ваттметра будут завышены на мощность его амперметровой обмотки Р_а. Для точного определения мощности в этом случае нужно использовать формулу:

P_H=U_H*I_H=(U_v-U_a)*I_a=U_v*I_a-U_a*I_a=P-I_a²*R_a

Т.е. для точного измерения мощности нужно знать I в нагрузке и R амперметровой обмотки. В этом случае системную погрешность равную:

δсист= можно исключить.

Из формулы погрешности видно, что она стремится к 0 при условии, что сопротивление нагрузки намного больше сопротивления амперметровой обмотки.

Сопротивление амперметровой обмотки вольтметра составляет около 0,003…0,006 Ом.

В торая схема включения ваттметра для измерения мощности нагрузки с малым сопротивлением (электродвигатель или трансформатор)

М

R_H

R_H

ощность измеряемая ваттметром по этой схеме равна:

Pизм =Uv*Ia=Uv*(Iv+I_H)=Uv*Iv+Uv*I_H= Pv+P_H

Из этой формулы видно, что показания ваттметра всегда будут завышены на мощность вольметровой обмотки.

Относительная системная погрешность по этой схеме равна:

δсист=

δсист стремится к 0 при сопротивлении нагрузки намного меньшей сопротивлению вольтметровой обмотки.

17-18

Способ косвенных измерений мощности зависит от вида электрической цепи. В цепи постоянного тока косвенные измерения мощности проводятся способом 2-х приборов. В основе способа лежит зависимость P=UI

Как и в случае прямых измерений мощности здесь нужно учитывать знание R нагрузки (большое или малое).

При R_H<<Rv

При R_H>>Rv

Мощность в цепях однофазного переменного тока косвенно измеряются способом 3-х приборов: амперметр, вольтметр и измеритель коэффициента мощности P=UIcosφ

Измеритель коэффициента мощности – электродинамический прибор с логометрическим измерительным механизмом.

Л огометрический прибор содержит одну неподвижную обмотку(токовую)-1 и две подвижных обмотки(U)-2. Обмотки U соединяются между собой и с указателем. Они могут свободно перемещаться вокруг направляющей поверхности. Обмотка U,A соединена с катушкой индуктивности L и в ней протекает ток I_1.

Обмотка U,Б соединена с активной R₂ в ней протекает ток 2, поэтому при прочих равных условиях начальные фазы токов 1 и 2 будут разными.

Если ток 1=2, а фазовый сдвиг между токами 1 и 2 будет равен углу между подвижными катушками L, то угол отклонения указателя будет равен фазовому сдвигу между U и I в нагрузке.

Отличие: 2 подвижные катушки

Фазометры имеют диапазоны измерений:

1 φ = 0…90 или 0…360

2 cos φ = 0…1

Классы точности этих приборов 0,1…2,5(с галочкой внизу:)

Особенность:неравномерная шкала

19. Измерение активной мощности в симметричных и несимметричных трёхфазных цепях. Схемы включения ваттметров для методов одного, двух и трёх приборов. Особенности измерений мощности трёхфазной цепи в производственных условиях.

Измерение активной мощности в трехфазных цепях.

В трехфазных цепях независимо от схемы соединения нагрузки – мощность равна сумме мощностей в отдельных фазах.

В симметричных трехфазных цепях сопротивление фазы нагрузки одинаковое, поэтому достаточно измерить мощность в одной фазе и умножить ее на 3.

В несимметричных трехфазных цепях сопротивление фаз отличается по значению или по характеру (активное, индуктивное, емкостное), поэтому измеряют мощность в каждой фазе и полученные значения складывают.

Измерение активной мощности в симметричных цепях.

В этих цепях используют метод одного прибора.

а) б)

*

А

*

В

С

в)

Ваттметр включается между фазой и общим проводом (о), если общий провод не доступен, вторую точку включения создают искусственно, (рис. В) – о’.

Активную мощность в нагрузке находят по формуле Рн = 3Рф, Рф – мощность в одной фазе.

Измерение мощности в несимметричной трехфазной цепи.

В этой цепи необходимо измерить мощность в каждой фазе и сложить показания ваттметров.

Для измерения мощности используют: 1) метод двух приборов, 2) метод трех приборов, 3) специальные трехфазные ваттметры

*

*

*

А

А

*

D

*

*

B

В

*

*

С

*

C

*

а) б)

А) измерение мощности при помощи метода двух приборов,

Б) измерение мощности при помощи метода трех приборов.

Метод 2х приборов используют в 3х проводной трехфазной цепи, метод 3х приборов в 4х проводной трехфазной цепи.

В промышленных условиях используют специальные трехфазные ваттметры. Они подключаются ко всем проводам нагрузки одновременно и сразу показывают мощность в 3хфазной цепи.