Измерение активной и реактивной электроэнергии в цепях переменного тока

Краткий курс лекций на 14.04.2020г.

 

ПМ. 01. Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования

МДК.01.03. «Электрические машины и аппараты»

 

Тема №1

Измерение активной и реактивной электроэнергии в цепях переменного тока

 

Мощность в цепи трехфазного тока может быть измерена при помощи 1-го, 2-ух и 3-х ваттметров.
Способ 1-го прибора используют в трехфазной симметричной системе. Активная мощность всей системы равна тройной мощности употребления по одной из фаз.
При соединении нагрузки звездой с доступной нулевой точкой либо если при соединении нагрузки треугольником имеется возможность включить обмотку ваттметра поочередно с нагрузкой, можно использовать схемы включения, показанные на рис.1.

 

Рис. 1 Схемы измерения мощности трехфазного переменного тока при соединении нагрузок
а — по схеме звезды с доступной нулевой точкой;
б — по схеме треугольника при помощи 1-го ваттметра
Если нагрузка соединена звездой с труднодоступной нулевой точкой либо треугольником, то можно применить схему с искусственной нулевой точкой (рис.
2). В данном случае сопротивления должны быть равны Rвт+ Rа = Rb =Rc.

Рис 2. Схема измерения мощности трехфазного переменного тока одним ваттметром с искусственной нулевой точкой
Для измерения реактивной мощности токовые концы ваттметра включают в рассечку любой фазы, а концы обмотки напряжения — на две другие фазы (рис.3). Полная реактивная мощность определяется умножением показания ваттметра на корень из 3-х. (Даже при малозначительной асимметрии фаз применение данного способа дает значительную погрешность).

Рис. 3. Схема измерения реактивной мощности трехфазного переменного тока одним ваттметром
Способом 2-ух устройств можно воспользоваться при симметричной и несимметричной нагрузке фаз. Три равноценных варианта включения ваттметров для измерения активной мощности показаны на рис.
4. Активная мощность определяется как сумма показаний ваттметров. При измерении реактивной мощности можно использовать схему рис.5, а с искусственной нулевой точкой. Для сотворения нулевой точки нужно выполнить условие равенства сопротивлений обмоток напряжений ваттметров и резистора R. Реактивная мощность рассчитывается по формуле

где Р1 и Р2 — показания ваттметров.
По этой же формуле можно вычислить реактивную мощность при равномерной загрузке фаз и соединении ваттметров по схеме рис.4. Достоинство этого метода в том, что по одной и той же схеме можно найти активную и реактивную мощности. При равномерной загрузке фаз реактивная мощность может быть измерена по схеме рис.5, б. Способ 3-х устройств используется при хоть какой нагрузке фаз. Активная мощность может быть замерена по схеме рис.6. Мощность всей цепи определяется суммированием показаний всех ваттметров.

 

Рис. 4. Схемы измерения активной мощности трехфазного переменного тока 2-мя ваттметрами
а — токовые обмотки включены в фазы А и С;
б — в фазы А и В;
в — в фазы В и С
Реактивная мощность для трех- и четырехпроводной сети измеряется по схеме рис.7 и рассчитывается по формуле

где РA, РB, РC — показания ваттметров, включенных в фазы А, В, С.

Рис. 5. Схемы измерения реактивной мощности трехфазного переменного тока 2-мя ваттметрами

 

Рис. 6. Схемы измерения активной мощности трехфазного переменного тока 3-мя ваттметрами
а — при наличии нулевого провода;
б — с искусственной нулевой точкой

 

На практике обычно используют одно-, двух- и трехэлементные трехфазные ваттметры соответственно способу измерения.

 

Чтоб расширить предел измерения, можно применить все обозначенные схемы при подключении ваттметров через измерительные трансформаторы тока и напряжения. На рис.8 в качестве примера показана схема измерения мощности по способу 2-ух устройств при включении их через измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Рис. 7. Схемы измерения реактивной мощности 3-мя ваттметрами

 

 

 

 

Рис. 8. Схемы включения ваттметров через измерительные трансформаторы.

 

 

Тема №2