Измерение мощности тока

ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ ТОКА

Измерение мощности токаМощность Р цепи постоянного тока можно определить, измеряя амперметром и вольтметром ток I и напряжение цепи Uтак как

 Р = UI

Удобнее и точнее измерять мощность цепи постоянного тока электродинамическим ваттметром.

Электродинамический ваттметр состоит из измерительного механизма того же названия. Неподвижная катушка ваттметра (рис. 7-18), называемая последовательной или токовой, соединяется последовательно с приемником энергии. Подвижная катушка и добавочное сопротивление rд образуют параллельную цепь иди цепь напряжения ваттметра, которая присоединяется параллельно приемнику энергии, мощность которого измеряется.

Рис. 7-18. Схемы устройства (а) электродинамического ваттметра.

Угол поворота подвижной части электродинамического измерительного механизма, включенного в цепь постоянного тока, пропорционален произведению тока Iпоследовательной катушки и тока IU катушки напряжения,

так что

α = Ʀ1IIU

Добавочное сопротивление обеспечивает постоянство сопротивления цепи напряжения, вследствие чего ток в параллельной цепи пропорционален напряжению (IUU/rU) и, следовательно,

α = Ʀ1IIƦ1I(U/rU) = Ʀ3IU Ʀ3P

Таким образом, угол поворота подвижной части пропорционален мощности, значения которой и наносятся на шкале ваттметра.

Для измерения активной мощности в цепи переменного тока  Р = UI COS φ

Векторная диаграмма электродинамического ваттметра

Рис. 7-19. Векторная диаграмма электродинамического ваттметра.

применяются электродинамические и ферродинамические ваттметры.

В этом случае угол поворота подвижной части измерительного механизма :

α = Ʀ1IICOS φ

При постоянном и практически безреактивном сопротивлении параллельной цепи ваттметра ток в ней IUU/rпропорционален напряжению и совпадает с ним по фазе (рис. 7-19). Таким обр азом, угол сдвига Ψ между токами в катушках равен углу сдвига φ между напряжением и током I в последовательной катушке ваттметра.

Угол поворота подвижной части

α = Ʀ1IICOS Ψ = Ʀ1I(U/rU) cos φ = Ʀ3Р

т. е. он пропорционален активной мощности.

Зажим последовательной обмотки ваттметра, соединяемый проводом с источником питания, называется генераторным зажимом, зажим параллельной цепи, соединяемый с проводом, в который включена токовая катушка ваттметра, также носит название генераторного. Генераторные зажимы на схемах и на приборах отмечаются звездочкой (*).

При сборке схемы следует обращать внимание на разметку зажимов ваттметра, так как, поменяв местами зажимы какой-либо катушки ваттметра, изменим направление тока, или изменим на половину периода фазу тока этой катушки, вследствие чего подвижная часть повернется в обратную сторону. Измерение мощности в цепях переменного тока с токами выше 5 аи напряжением выше 220 в производится обычно ваттметрами, включаемыми через измерительные трансформаторы.

Схема соединения для измерения мощности в четырех проводной трехфазной цепи

Рис. 7-20. Схема соединения для измерения мощности в четырех проводной трехфазной цепи.

Измерение активной мощности четырех проводной цепи трехфазного тока

Р = Ра + Рв + Рс = IаUа cos φа + IBUB cos φ5 +IсUс cos φс 

производится тремя ваттметрами, соединенными так, чтобы каждый из них измерял мощность отдельной фазы (рис. 7-20). Сумма показаний ваттметров дает искомую величину.

Удобней пользоваться трехэлементным ваттметром, который состоит из трех неподвижных и трех подвижных катушек, укрепленных на одной оси с указательной стрелкой. На шкале прибора наносятся значения мощности трехфазной цепи.

Схема соединения для измерения мощности двигателя при доступной нулевой точке

Рис. 7-21. Схема соединения для измерения мощности двигателя при доступной нулевой точке.

В трехфазной трехпроводной цепи при равномерной нагрузке можно измерить мощность одной фазы и умножив ее на три, получить мощность трехфазной цепи. На рис, 7-21 дана схема соединения для измерения мощности двигателя при доступной нулевой точке.

На рис. 7-22 дана схема соединения ваттметра для измерения мощности двигателя при соединении треугольником.

Рис. 7-22. Схема соединения для измерения мощности двигателя при соединении его треугольником.

Мощность трехфазной трехпроводной цепи, нагрузка которой может быть как равномерной, так и неравномерной, измеряется двухэлементным ваттметром. Двухэлементный электродинамический или ферродинамический ваттметр имеет две неподвижных катушки тока и соответственно две подвижных катушки напряжения, укрепленные на одной оси со стрелкой (рис. 7-23, а). Мгновенная мощность трехфазной цепи

Р = Ра + Рв + Рс iаuа + iвuв + iсuс

где Ра, РbРc— мгновенные мощности отдельных фаз. Для нулевой точки приемника можно написать

iа + ib + ic = 0

откуда

ic = — iа — ib

Схема измерения мощности в цепи трехфазного тока.

Подставив в выражение мощности, получим:

p = iAuA + ibub —iAuс — ibuс = iA(uA — uс)+ ib(ub —uс) = iAuAс + ibu = p1 + p(1)

так как разность фазных напряжений равна линейному напряжению

иА — ис = иАС и иb — ис = иbС

Таким образом, мгновенную мощность трехфазной цепи можно представить суммой двух слагающих p1 и p2.

Включим двухэлементный ваттметр (рис. 7-23, б) в соответствии с выражением (1)Последовательную обмотку первого элемента включим в рассечку провода А (ток iA)а его параллельную цепь — между проводами А и С (напряжение иАс), последовательную обмотку второго элемента включим в рассечку провода В (ток iB)а его параллельную цепь — между проводами В и С (напряжение uвc). В этом случае мгновенный вращающий момент, действующий на подвижную часть ваттметра, пропорционален мгновенной мощности трехфазной цепи. Угол поворота подвижной части, пропорциональный среднему вращающему моменту, будет пропорционален средней или активной мощности трехфазной цепи, которая в соответствии с выражением (1) может быть записана:

P = IAUAC cos φA — AC + IBUBC cos φB — BC

где φA — AC угол сдвига между IA и UAC а φB — BC между IB и UBC

При монтаже схемы ваттметра генераторные зажимы последовательных катушек должны быть соединены с проводами, идущими от источника питания, а генераторные зажимы параллельных цепей с проводами, обозначенными буквами, стоящими на первом месте в индексах соответствующих напряжений (в нашем случае А и В). Рассмотренная схема пригодна и для цепи с приемниками, соединенными треугольником, так как всякий треугольник можно заменить звездой с той же активной мощностью.

Схема измерения мощности в цепи трехфазного тока

Рис. 7-23. Схема устройства (а) и схема соединения (б) двухэлементного ваттметра для измерения мощности в цепи трехфазного тока.

Две последовательные катушки ваттметра можно включать не только в провода А и Ва в два произвольно выбранных провода трехфазной цепи. Генераторный зажим каждой параллельной цепи ваттметра должен быть присоединен к линейному проводу, в котором включена последовательная катушка «своего» элемента. Негенераторные зажимы параллельных цепей присоединяются к линейному проводу; в котором нет последовательной катушки ваттметра. При отсутствии двухэлементного ваттметра можно использовать два однофазных ваттметра, соединяя их по той же схеме (рис. 7-23, б). Для получения активной мощности трехфазной цепи складывают алгебраически их показания. Если стрелка одного из ваттметров отклонится в обратную сторону, то зажимы параллельной цепи этого ваттметра следует поменять местами, а показание его считать отрицательным.

 

Статья на тему Измерение мощности тока