Вимірювання електричної потужності прямими методами

Потужність вимірюється прямими методами за допомогою електромеханічних, електронних, цифроаналогових та цифрових ватметрів.

В електродинамічному вимірювальному перетворювачі прямого перемножування здійснюється вимірювальне перетворення активної потужності у кутове переміщення стрілки (вказівника).

Такий вимірювальний перетворювач потужності (електродинамічний вимірювальний механізм, або електродинамічний ватметр) складається (рис. 1) з нерухомої котушки намотаної товстим провідником, яка вмикається послідовно зі споживачем. Нерухома котушка призначена для створення однорідного магнітного поля струму споживача. Форму котушки вибирають такою, щоб магнітне поле було рівномірним.

У магнітному полі нерухомої котушки розміщена легка рухома котушка (рамка), намотана тонким провідником.

Рис.1 Рис. 2

Вона закріплюється на осі, розтяжках або підвісі і може обертатися. Рухома котушка вмикається паралельно споживачеві, активна потужність якого підлягає вимірюванню. До осі рухомої котушки кріпиться спіральна пружина, призначена для створення моменту протидії і для електричного з'єднання обмотки рухомої котушки з нерухомим споживачем. Стрілка, з'єднана з рухомою котушкою, призначена для індикації кутового переміщення котушки. Стрілка переміщується вздовж шкали з нанесеними поділками, проградуйованими в одиницях потужності. Для зменшення перехідних коливань стрілки у разі різкої зміни споживаної енергії призначений заспокоювач. Він може бути повітряним або електромагнітним. Для суміщення початкового положення стрілки з нульовою позначкою шкали призначений коректор.

На електричних схемах ватметри позначаються умовним зображенням, наведеним на рисунку 2.

Феродинамічний ватметр (як і електродинамічний) складається з двох котушок: нерухомої і рухомої. Нерухома котушка феродинамічного ватметра, на відміну від електродинамічного, наноситься на феромагнітний магніто-провід. Таким чином, створюється радіальне магнітне поле в зазорі, в якому розміщено рухому котушку (рис. 4). Рушійний момент створюється взаємодією магнітних полів рухомої і нерухомої котушок. Рис. 4

У феродинамічному ватметрі, порівняно з електродинамічним, значно більший обертальний момент і значно менший вплив зовнішніх магнітних полів. Поряд з цим, феродинамічний ватметр має більшу похибку від нелінійності і більші втрати енергії.

Нерухомі котушки ватметра 1-1 (рис. 3) вмикають в електричне коло послідовно зі споживачем Zh, а рухома котушка 2-2 із додатковим резистором R_дод — паралельно споживачеві.

Рис. 3

Зміна напряму струму в котушках спричинює зміну напряму відхилення стрілки приладу.

Тому для правильного увімкнення один із затискачів і рухомої та нерухомої котушок позначається спеціальним знаком («генераторні» затискачі) і ці затискачі мають бути увімкнені з боку джерела живлення.

До позитивних властивостей електродинамічних ватметрів слід віднести відносно високу точність (клас точності 0,1), можливість застосування як для постійного, так і для змінного струму, наявність майже рівномірної шкали, можливість розширення діапазону вимірювання як за струмом (котушку струму поділяють на декілька секцій, з'єднаних послідовно), так і за напругою (якщо приєднати додатковий опір послідовно з котушкою напруги).

Недоліками електродинамічних ватметрів є власне споживання енергії, неможливість застосовувати в широкому діапазоні частот через наявність частотної похибки, відносно невеликий момент обертання, чутливість до зовнішніх магнітних полів.

Нерухома і рухома котушки ватметра споживають енергію, що спотворює режим роботи електричного кола і призводить до методичної похибки, або похибки взаємодії. Схему на рис.3,а доцільно застосовувати для вимірювання потужності високоомного споживача, а схему на рисунку 3,б – низькоомного.

3 Опосередковане вимірювання потужності

Потужність можна вимірювати опосередковано — за допомогою амперметра і вольтметра в колах постійного струму і амперметра, вольтметра і фазометра в колах однофазного синусоїдного струму. Результат опосередкованого вимірювання обчислюють за показами І амперметра та U вольтметра за формулою P= UІ.

На рисунку 5 наведено дві схеми увімкнення амперметра і вольтметра для опосередкованого вимірювання потужності споживача постійного струму.

Рис. 5

Методична похибка взаємодії становить

для схеми (а):

для схеми (б):

де РА, РV – потужність, що споживається, відповідно, нерухомою і рухомою котушками;

РН – потужність споживача енергії.

Схему на рисунку 5, а доцільно застосовувати для вимірювання потужності високоомного споживача, а схему на рисунку 5, б — низькоомного.

Для вимірювання потужності методом трьох амперметрівпаралельно зі споживачем вмикають безреактивний реостат (рис. 6, а) і вимірюють амперметрами струм споживача ї_х, струм у вітці реостата Ir і струм у нерозгалуженій частині кола І. Згідно з векторною діаграмою (рис. 6, б), косинус кута зсуву фаз між напругою і струмом визначається за теоремою косинусів:

Рис. 6

Підставивши значення cos φ і U=IrR у вираз для потужності, отримаємо:

Для вимірювання потужності методом трьох вольтметрів послідовно зі споживачем вмикають безреактивний додатковий резистор (рис. 7, а) і вимірюють вольтметрами напругу на споживачеві U_x, напругу на резисторі Ur і сумарну напругу U (на резисторі і споживачеві).

Рис. 7

Згідно з векторною діаграмою (рис. 7, б) косинус кута зсуву фаз між напругою і струмом визначається за теоремою косинусів:

Підставивши значення cos φ і I=Ur/R у вираз для потужності, дістанемо:

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Основні поняття	\|	Вимірювання активної потужності у трифазних електричних колах

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.005 сек.