Измерение мощности в цепи однофазного синусоидального тока (стр. 1 из 6)

Содержание:

Введение………………………………………………………………………………………..……3

1.Измерение мощности в цепях постоянного и переменного токов………………………………………………………...………………………………..………4

2. Измерение мощности в цепях на повышенных и высоких частотах……………………..9

2.1 Измерение мощности с использованием электронного выпрямительного ваттметра ……..9

2.2 Измерение мощности с использованием термоэлектрического ваттметра………………...10

2.3 Измерение мощности с использованием ваттметра с преобразователем Холла……….…..11

2.4 Измерение мощности с использованием осциллографического метода……………………12

2.5 Измерение мощности с использованием калориметрического метода…………………….12

2.6 Балометры……………………………………………………………………………………….13

3. Измерение импульсной мощности…………………………………………………….……..17

3.1 Метод измерения средней мощности с учетом коэффициента заполнения…………….…17

3.2 Метод сравнения с мощностью постоянного тока…………………………..………………17

4. Цифровые измерители мощности……………………………………………………………19

5. Индукционные счётчики электрической энергии переменного тока………..…………24

6. Цифровые счётчики электрической энергии………………………………………………28

7. Список литературы………………………………………………………...………………….33

Измерение мощности в цепи однофазного синусоидального тока

Для измерения мощности неподвижную катушку ваттметра включают последовательно с нагрузкой, мощность которой необходимо измерить, а не подвижную катушку – параллельно к нагрузке (рис. 2 а)

В соответствии со схемой включения ток в цепи неподвижной катушки равен току нагрузки

I₁ = I , а в цепи подвижной катушки (приближенно считая её сопротивление активным R_wv):

I₂ = I_v =U/R_wv

Тогда угол сдвига фаз

между и равен углу сдвига фаз между и ,т.е.

= (рис.2 б). Следовательно, угол отклонения подвижной части ваттметра

(1.2)

Находится в линейной зависимости от значения измеряемой мощности Р. Для равномерности шкалы ваттметра необходимо, чтобы

, тогда уравнение (1.2) примет следующий вид

Это выражение справедливо для ваттметров переменного и постоянного токов (

)

В реальных условиях подвижная катушка ваттметра обладает небольшой индуктивностью: .

Полное сопротивление обмотки катушки

,

где R_доб – добавочное сопротивление, поэтому ток в цепи катушки I₂ отстаёт от напряжения U на некоторый угол . Векторная диаграмма электродинамического ваттметра будет иметь вид, изображенный на рис.1в. Из диаграммы следует, что

Следовательно, угол отклонения подвижной части:

Из данного выражения следует, что при одном и том же значении измеряемой мощности, но при различных значениях

показания прибора различны. Значения и являются функциями частоты, однако при частоте 100 Гц погрешность, обусловленная этой зависимостью, незначительна, так как , и его можно пренебречь. При этом следует учитывать только погрешность, определяемую углом , называемую угловой погрешностью измерения мощности:

(1.3)

Где P_x – измеренное значение мощности; Р - действительное значение мощности.

Ввиду малости угла

приближенно можно считать, что . Тогда после преобразования (1.3) получаем:

(1.4)

Из (1.4) следует, что угловая погрешность измерения мощности возрастает с увеличением угла

.

Для уменьшения угловой погрешности в цепь подвижной катушки включают компенсационную ёмкость

(рис. 2 а). Сопротивление параллельной цепи ваттметра:

При полной компенсации сопротивление Z должно быть активным, следовательно,

(1.5)

Вследствие малой индуктивности L_wv подвижной катушки ваттметра условие (1.5) выполняется R_к и C_к ,что

,поэтому

(1.6)

Из (1.6) следует, что компенсация осуществляется в довольно широком диапазоне частот, пока справедливо неравенство

В ваттметре при изменении направления тока в одной из катушек изменяется знак угла отклонения подвижной части, поэтому зажимы обмоток прибора, закорачивание которых приводит к правильному отклонению стрелки, называют генераторными и обозначают звездочками. Обычно в цепь подвижной катушки ваттметра вводят переключатель направления тока, позволяющий менять направление вращающего момента и получать отклонение стрелки в правильную сторону.

Включение неподвижной катушки ваттметра последовательно с нагрузкой (рис.2 а) возможно только при токах нагрузки 10—20 А (при больших токах нагрузки неподвижную катушку ваттметра включают через трансформатор тока). При измерении мощности в цепях высокого напряжения (свыше 600 В) подвижную катушку ваттметра включают не непосредственно в измеряемую цепь, а через трансформатор напряжения, а неподвижную катушку ваттметра — через измерительный трансформатор тока (независимо от значений тока нагрузки).

Включение ваттметра через измерительные трансформаторы тока Т_рТ и напряжения Т_рТ показано на рис. 2.

Значение измеряемой мощности определяют по показанию ваттметра, умноженному на произведение коэффициентов трансформации трансформаторов тока и напряжения:

Где P_{x –} измеренное значение активной мощности в цепи нагрузки; P_w – показание ваттметра;

;- номинальные коэффициенты трансформации соответственно трансформаторов напряжения и тока.

Рисунок 3 Схема включения электродинамического

ваттметра через измерительные трансформаторы тока и напряжения

Измеренное значение мощности будет отличаться от действительного за счет погрешности в передаче значений напряжения и тока, а также угловых погрешностей трансформаторов. Электродинамические ваттметры изготовляют многопредельными, высоких классов точности (0,1; 0,2) с диапазоном измеряемых мощностей от десятых долей ватта до 3-6 кВт, используют их как лабораторные приборы. При грубых измерениях в качестве щитовых приборов применяют ферродинамические ваттметры.

2. Измерение мощности в цепях на повышенных и высоких частотах

В цепях переменного тока повышенной и высокой частот проводят прямые и косвенные измерения мощности. В ряде случаев косвенные измерения предпочтительнее, так как проще измерять напряжение, ток и сопротивление, чем мощность. Прямые измерения в основном осуществляют с помощью электронных ваттметров. В некоторых электронных ваттметрах используют электродинамические измерительные механизмы с предварительным усилением тока и напряжения либо с предварительным выпрямлением этих величин. В качестве измерительного механизма в них можно использовать электростатический электромер с усилителями напряжения и тока, а также магнитоэлектрические механизмы с квадраторами. Квадраторы выполняют на полупроводниковых диодах, преобразователях и других нелинейных элементах, работа которых осуществляется на квадратичном участке вольт-амперной характеристики. Операция перемножения ui в квадраторах заменяется операциями суммирования и возведения в квадрат. В диапазоне частот до сотен мегагерц применяют ваттметры с датчиками Холла.