Метод амперметра и вольтметра

Измерение мощности в цепях постоянного тока.

ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ И ЭНЕРГИИ В ЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ

N Электростатические вольтметры (ЭВ).

n Схемы включения ЭВ обладают некоторыми особенностями.

n У ЭВ на малые пределы измерения воздушный зазор между пластинами очень мал, поэтому возникает опасность короткого замыкания пластин, а следовательно, и сети при случайных ударах, трясках, вибрациях. для исключения этой опасности внутрь ЭВ встраивается защитный резистор, через который прибор включается в сеть.

n Диапазон частот — 20 Гц... 10 МГц.

n Расширение пределов измерения ЭВ на переменном токе осуществляется включением последовательно с ЭВ добавочных конденсаторов или емкостных делителей.

n Применение делителей значительно снижает точность электростатических вольтметров. Источником погрешности является собственная емкость прибора на повышенных частотах.

n Электростатические вольтметры применяют в основном в качестве лабораторных вольтметров.

n В настоящее время необходимо измерять мощность и энергию постоянного тока; активную мощность и энергию переменного однофазного и трехфазного токов; реактивную мощность и энергию трехфазного переменного тока; мгновенное значение мощности, а также количество электричества в очень широких пределах.

n Электрическая мощность определяется работой, совершаемой источником электромагнитного поля в единицу времени.

n Активная (поглощаемая электрической цепью) мощность

n Ра = UIcosφ = I2 R = U2 / R, (5.1)

n где U,I — действующие значения напряжения и тока; φ — угол сдвига фаз между ними.

n Реактивная мощность

n Рр = UIsinφ = I²X

n Полная мощность

n РП = UI = I²Z (5.2)

Активная, реактивная и полная мощности связаны выражением

n P = √ Р²а + Р²р (5.3)

n Так, мощность измеряется в пределах 1 Вт... 10 ГВт (в цепях постоянного и однофазного переменного токов) с погрешностью ±(0,01...0,1) %,

n а при СВЧ ± (1...5) %; реактивная мощность — от единиц вар до М вар

n с погрешностью ± (0,1... 0,5) %.

n Диапазон измерения электрической энергии определяется диапазонами измерения номинальных токов (1 нА... 10 кА) и напряжений (1 мкВ... 1 МВ), погрешность измерения (±0,1... 2,5) %.

n Измерение реактивной энергии представляет интерес только для промышленных трехфазных цепей.

n При косвенном измерении мощности используют методы амперметра и вольтметра, а также компенсационного метода.

n В этом случае приборы включаются по двум схемам (рис. 3.1).

n Метод прост, надежен, экономичен, но обладает рядом существенных недостатков:

n необходимостью снимать показания по двум

приборам,

необходимостью производить вычисления,

невысокой точностью за счет суммирования погрешности приборов.

Мощность Рх, вычисленная по показаниям приборов (см. рис.5.1, а), имеет вид

n Рх = UvIА = U(IV + IН) = (UIV + UIН)=

= РV + РН

n Она больше действительного значения мощности, расходуемой в нагрузке РН, на значение мощности потребления вольтметра РV:

n РН = Рх — РV.

n Погрешность определения мощности в нагрузке тем меньше, чем больше входное сопротивление вольтметра и меньше сопротивление нагрузки.

n Мощность Р, вычисленная по показаниям приборов (см. рис. 5.1, 6), имеет вид

n Рх = UvIА = I(UA+ UН) =

n =UAI, + UHI, = РA + РН

n Она больше действительного значения мощности потребления нагрузки на значение мощности потребления амперметром РA.

n Методическая погрешность тем меньше, чем меньше входное сопротивление амперметра и больше сопротивление нагрузки.

Компенсационный метод.

n Данный метод применяют тогда, когда требуется высокая точность измерения мощности. С помощью компенсатора поочередно измеряют ток нагрузки и падение напряжения на нагрузке. Измеряемая мощность определяется по формуле

n Р = UHIH (5.4)

n При прямом измерении активная мощность измеряется электромеханическими (электродинамическими и ферродинамическими), цифровыми и электронными ваттметрами.

n Электродинамические ваттметры используют как переносные приборы для точных измерений мощности (класс 0,1... 2,5) в цепях постоянного и переменного токов частотой до нескольких тысяч герц;

n ферродинамические (щитовые) ваттметры — в цепях переменного тока в основном промышленной частоты (класс 1,5...2,5).

n В широком диапазоне частот применяют цифровые ваттметры, основу которых составляют различные преобразователи мощности (например термоэлектрические), УПТ, микропроцессор и ЦОУ.

n В цифровых ваттметрах осуществляется автоматический выбор пределов измерений, самокалибровка и предусмотрен внешний интерфейс.

n Для измерения мощности в высокочастотных цепях служат специальные и электронные ваттметры; для измерения реактивной мощности на низких частотах— реактивные ваттметры (варметры), в которых путем использования специальных схем отклонение подвижной

n Включение электромеханических ваттметров непосредственно в электрическую цепь допустимо при токах нагрузки, не превышающих 10... 20А, и напряжениях до 600 В.

n Мощность при больших токах нагрузки и в цепях высокого напряжения измеряется ваттметром с измерительными трансформаторами тока ТА и напряжения ТV (рис. 5.2).

Измерение активной мощности в цепях трехфазного тока.

n Метод одного ваттметра. Этот метод применяют только в симметричной системе с равномерной нагрузкой фаз, одинаковыми углами сдвига по фазе между векторами I, U и с полной симметрией напряжений (рис. 5.3).

n На рис. 5.3, а нагрузка соединена звездой и нулевая точка доступна. На рис. 5.3, 6 нагрузка соединена треугольником и ваттметр включен в фазу.

n На рис. 5.3, в нагрузка соединена треугольником с искусственной нулевой точкой.

n Искусственная нулевая точка создается с помощью двух резисторов, каждый из которых (Рис.5.3)

n равен сопротивлению цепи обмотки напряжения ваттметра (указывается в техническом паспорте на ваттметр).

n Показания ваттметра будут соответствовать мощности одной фазы Рф, а мощность трехфазной сети во всех трех случаях включения прибора будет равна мощности одной фазы, умноженной на три, т.е. Р = З РфW

Метод двух ваттметров.

n Этот метод применяют в трехфазной трехпроводной цепи независимо от схемы соединения и характера нагрузки как при симметрии, так и при асимметрии токов и напряжений.

n Асимметрия — это система, в которой мощности отдельных фаз различны.

n Токовые обмотки ваттметров включаются в любые две фазы, а обмотки напряжения — на линейные напряжения (рис. 5.4).