Меню

Измерение мощности в цепях переменного тока реферат

Измерение мощности и энергии

Автор: Пользователь скрыл имя, 18 Ноября 2010 в 21:04, реферат

Описание работы

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ В ЦЕПЯХ ПОСТОЯНОГО ТОКА И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПОВЫШЕННОЙ И ВЫСОКОЙ ЧАСТОТ. ИЗМЕРЕНИЕ ЭНЕРГИИ ОДНОФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. ИЗМЕРЕНИЕ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ И ЭНЕРГИИ В ТРЕХФАЗНЫХ ЦЕПЯХ.

Работа содержит 1 файл

реферат клера.doc

Министерство образования Российской Федерации

Пензенский государственный университет

Кафедра «Метрологи и системы качества»

ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ И ЭНЕРГИИ

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Измерение мощности осуществляется в процессе эксплуатации различной измерительной, электротехнической, радиоприемной и передающей аппаратуры. Диапазон измеряемых мощностей 10 -16 —10 +9 Вт в цепях постоянного и переменного токов высокой частоты, в импульсных цепях.

Методы измерения существенно отличаются друг от друга в зависимости от параметров цепи, в которой производится измерение мощности, предела изменения мощности и частотного диапазона.

В цепях постоянного тока мощность потребления Р нагрузки R определяется произведением тока I в нагрузке на падение напряжения U на ней:

P=UI=I 2 R. (1.1)

В цепях переменного тока мгновенное значение мощности потребления

Если u(t) и i(t) — периодические функции времени с периодом Т, то среднее значение мощности потребления за период называют мощностью или активной мощностью Р. Мощность Р с мгновенным значением мощности p(t) связана выражением

В цепях однофазного синусоидального тока измеряют активную P, реактивную Q и полную S мощности:

где U, I — среднеквадратические значения напряжения и тока в цепи; — сдвиг по фазе между напряжением и током в нагрузке; R, X, Z — активное, реактивное, полное сопротивления нагрузки.

Чаще всего ограничиваются измерением активной мощности.

В цепях несинусоидального периодического тока при условии, что функции u(t) и i(t) можно разложить в ряд Фурье, формулы для определения активной и реактивной мощностей будут иметь вид

где Uo, Io — постоянные составляющие напряжения и тока; Uk, Ik — соответственно среднеквадратические значения напряжения и тока k-й гармоники; — сдвиг по фазе k-й гармоники.

В цепях, питаемых напряжением в виде периодической последовательности однополярных прямоугольных импульсов, усреднение мощности p(t) осуществляют не только по периоду следования Т, но и по длительности импульса tИ. При этом мощность, усредненную по периоду Т следования импульсов, называют средней мощностью или мощностью , а мощность, усредненную за время длительности импульса, — импульсной мощностью: . Значения мощностей Р и Ри

связаны между собой соотношением

Обычно среднюю мощность измеряют и, зная скважность импульсов, вычисляют импульсную мощность. При импульсах, отличных от прямоугольной формы, мощность определяют по эквивалентному прямоугольному импульсу той же амплитуды, длительность которого равна интервалу времени между точками огибающей импульса на уровне 0,5 ее амплитуды.

Мощность измеряется в абсолютных единицах — ваттах, производных ватта и относительных единицах — децибелваттах (или децибелмилливаттах) ± = 101g(P/Ро)> где Р — абсолютное значение мощности в ваттах (или милливаттах), Po — нулевой (отсчетный) уровень мощности, равный 1 Вт (или 1 мВт), связанный с абсолютными нулевыми уровнями напряжения Uo и тока I через стандартное сопротивление Ro соотношением

При Po = 1 мВт, сопротивлении Ro = 600 Ом напряжение Uo =0,775 В; — число децибел со знаком «+», если Р> Po , и со знаком «—», если Р

2 ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ В ЦЕПЯХ ПОСТОЯНОГО ТОКА И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ

Мощность в цепях постоянного тока можно определить косвенным путем по показаниям вольтметра и амперметра (рис. 1.1, а, б). При таком измерении мощности возникает значительная погрешность измерения, так как погрешности приборов суммируются и, кроме того, возникает погрешность за счет собственной мощности потребления этими приборами.

Мощность потребления нагрузки

Мощность Рх, вычисленная по показаниям приборов (рис. 1.1, а),

Px = UVJA = (IA + I)1=UIV + UI = PV + P (1.8а)

больше действительного значения мощности потребления нагрузки на значение мощности Pv потребления вольтметра (lv — ток в цепи вольтметра). Погрешность определения мощности в нагрузке тем меньше, чем больше входное сопротивление вольтметра.

Мощность Рх, вычисленная по показаниям приборов (рис. 1.1,б),

Px = UVJA = (UA + U)1=UAI + UI = PA + P (1.8б)

больше действительного значения мощности потребления нагрузки на значение мощности Ра потребления амперметра (Ua — падение напряжения на амперметре). Погрешность определения мощности в нагрузке тем меньше, чем меньше входное сопротивление амперметра. Поэтому схему, изображенную на рис. 1.1, а, применяют для измерения мощности при малых сопротивлениях нагрузки, а схему, изображенную на рис. 1.1,6 — при больших сопротивлениях.

Если известны входные сопротивления приборов, то можно внести к их показаниям соответствующие поправки и уменьшить погрешность определения мощности, т. е. получить более точный результат измерения.

Для измерения мощности в цепях постоянного и переменного токов применяют электродинамические ваттметры.

2.1 Измерение мощности в цепи однофазного синусоидального тока. Для измерения мощности неподвижную катушку ваттметра включают последовательно с нагрузкой, мощность которой необходимо измерить, а подвижную катушку—параллельно к нагрузке (рис. 1.2,а).

В соответствии со схемой включения ток в цепи неподвижной катушки равен току нагрузки I1=I, а в цепи подвижной катушки (приближенно считая ее сопротивление активным Rwv): I2=Iv = U/Rwv. Тогда угол сдвига фаз между I1 и I2 равен углу сдвига фаз между U и I, т. е. (рис. 1.2,б). Следовательно, угол от-: клонения подвижной части ваттметра.

находится в линейной зависимости от значения измеряемой мощности Р.

Для равномерности шкалы ваттметра необходимо, чтобы =const, тогда уравнение (1.9а) примет следующий вид:

Это выражение справедливо для ваттметров переменного и постоянного токов (cos = 1).

В реальных условиях подвижная катушка ваттметра обладает небольшой индуктивностью: Lw = 3 ¸ 10 мГн.

Полное сопротивление обмотки катушки

где Rдоб — добавочное сопротивление, поэтому ток в цепи катушки I2 отстает от напряжения U на некоторый угол . Векторная диаграмма электродинамического ваттметра будет иметь вид, изображенный на рис. 1.2, в. 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 z и являются функциями частоты, однако при частоте до 100 Гц погрешность, обусловленная этой зависимостью, незначительна, так как и ею можно пренебречь. При этом следует учитывать только погрешность, определяемую углом б, называемую угловой погрешностью измерения мощности и вычисляемую следующим образом:

где Рх — измеренное значение мощности; Р — действительное значение мощности.

Ввиду малости угла приближенно можно считать, что , тогда после преобразования

Из (1.12) следует, что угловая погрешность измерения мощности возрастает с увеличением угла .

Для уменьшения угловой погрешности в цепь подвижной катушки включают компенсационную емкость Ск (см. рис, 1.2, а). Сопротивление параллельной цепи ваттметра:

При полной компенсации сопротивление Z должно быть активным, следовательно,

Вследствие малой индуктивности Lwv подвижной катушки ваттметра условие (1.14) выполняется при таких Rk и Ск, что , поэтому

Из (1.15) 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 (см. рис. 1.2, 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 значения тока нагрузки).

Включение ваттметра через измерительные трансформаторы тока ТрТ и напряжения ТрН показано на рис. 1.3.

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

Читайте также:  Полярность тока источника питания для сварки

Источник

Измерение электрической мощности и энергии

Довольно часто возникает необходимость измерять мощность, потребляемую из сети, или же генерируемую в сеть. Это необходимо для учета потребляемой или генерируемой энергии, а также для обеспечения нормальной работы энергосистемы (избежание перегрузок). Измерять мощность можно несколькими способами – прямым и косвенным. При прямом измерении применяют ваттметр, а при косвенном амперметр и вольтметр.

Измерение мощности в цепи постоянного тока

Из-за отсутствия реактивной и активной составляющей в цепях постоянного тока для измерения мощности ваттметр применяют очень редко. Как правило, величину потребляемой или отдаваемой энергии измеряют косвенным методом, с помощью последовательно включенного амперметра измеряют ток I в цепи, а с помощью параллельно подключенного вольтметра измеряют напряжение U нагрузки. После чего применив простую формулу P=UI и получают значение мощности.

Чтоб уменьшить погрешность измерений из-за влияний внутренних сопротивлений устройств, приборы могут подключать по различным схемам, а именно при относительно малом сопротивлении нагрузки R применяют такую схему включения:

Измерение мощности косвенным методом в цепи постоянного тока при малом сопротивлении нагрузки

А при большом значении R такую схему:

Измерение мощности косвенным методом в цепи постоянного тока при большом сопротивлении нагрузки

Измерение мощности в однофазных цепях переменного тока

Главным отличием цепей переменного тока от сетей постоянного тока, пожалуй, заключается в том, что в переменном напряжении существует несколько мощностей – полная, активная и реактивная . Полную измеряют зачастую тем же косвенным методом с помощью амперметра и вольтметра и значение ее равно S=UI.

Замер же активной P=UIcosφ и реактивной Q=UIsinφ производится прямым методом, с помощью ваттметра. Для измерения ваттметр в цепь подключают по следующей схеме:

Схема подключения однофазного ваттметра

Где токовую обмотку необходимо подключить последовательно с нагрузкой Rн, и, соответственно, обмотку напряжения параллельно нагрузке.

Замер реактивной мощности в однофазных сетях не производится. Такие опыты зачастую ставятся только в лабораториях, где ваттметры включают по специальным схемам.

Измерение мощности в трехфазных цепях переменного тока

Как и в однофазных сетях, так же и в трехфазных полную энергию сети можно измерять косвенным методом, то есть с помощью вольтметра и амперметра по схемам показанным выше. Если нагрузка трехфазной цепи будет симметричной, то можно применить такую формулу:

Полная мощность трехфазной сети

Uл – напряжение линейное, I- фазный ток.

Если же фазная нагрузка не симметрична, то производят суммирование мощностей каждой из фаз:

Полная мощность нессиметричной трехфазной сети

При измерении активной энергии в четырехпроводной цепи при использовании трех ваттметров, как показано ниже:

Схема подключения трехфазного ваттметра с нулевым проводом

Общей энергией потребляемой из сети будет сумма показаний ваттметров:

Активная мощность при измерении ваттметром

Не меньшее распространение получил и метод измерения двумя ваттметрами (применим только для трехпроводных цепей):

Схема подключения трехфазного ваттметра с без нулевого провода

Сумму их показаний можно выразить следующим выражением:

Сумма показаний ваттметров для трехпроводной цепи

При симметричной нагрузке применима такая же формула как и для полной энергии:

Активная мощность трехфазной цепи

Где φ – сдвиг между током и напряжением (угол фазового сдвига).

Измерение реактивной составляющей производят по той же схеме (смотри рисунок в)) и в этом случае она будет равна разности алгебраической между показателями приборов:

Измерение реактивной мощности ваттметром

Измерение реактивной мощности ваттметром будет равна

Если сеть не симметрична, то для измерения реактивной составляющей применяют два или три ваттметра, которые подключают по различным схемам.

Процесс измерения активной и реактивной мощности

Счетчиками индукционными или электронными производят измерения активной мощности цепи переменного напряжения. Они подключаются по тем же схемам что и ваттметры. Учет реактивной энергии в однофазных потребителей в нашей стране не ведется. Ее учет производят в трехфазных цепях крупных промышленных предприятий, потребляющих большие объемы электроэнергии. Счетчики активной энергии имеют маркировку СА, реактивной СР. Также широкое применение получают электронные счетчики электроэнергии.

Источник

Приборы и методы измерения мощности в электротехнике

Характеристики, схема включения и классификация ваттметров низкой частоты. Методы измерения мощности в электрических цепях постоянного и однофазного переменного тока. Учет потерь напряжения в обмотке. Оценка погрешности электростатического взаимодействия.

Рубрика Физика и энергетика
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 02.03.2017
Размер файла 244,1 K
  • посмотреть текст работы
  • скачать работу можно здесь
  • полная информация о работе
  • весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://allbest.ru

1. Классификация

По назначению и диапазону частот ваттметры можно разделить на три категории — низкочастотные (и постоянного тока), радиочастотные и оптические.

Ваттметры радиодиапазона по назначению делятся на два вида: проходящей мощности, включаемые в разрыв линии передачи, и поглощаемой мощности, подключаемые к концу линии в качестве согласованной нагрузки.

В зависимости от способа функционального преобразования измерительной информации и её вывода оператору ваттметры бывают аналоговые (показывающие и самопишущие) и цифровые.

2. Ваттметры низкой частоты и постоянного тока

НЧ-ваттметры используются преимущественно в сетях электропитания промышленной частоты для измерения потребляемой мощности, могут быть однофазные и трехфазные. Отдельную подгруппу составляют варметры — измерители реактивной мощности. Цифровые приборы обычно совмещают возможность измерения активной и реактивной мощности.

Аналоговые НЧ-ваттметры электродинамической или ферродинамической системы имеют в измерительном механизме две катушки, одна из которых подключается последовательно нагрузке, другая параллельно.

Взаимодействие магнитных полей катушек создает вращающий момент, отклоняющий стрелку прибора, пропорциональный произведению силы тока, напряжения и косинуса или синуса разности фаз (для измерения соответственно активной или реактивной мощности).

Цифровые НЧ-ваттметры имеют в качестве входных цепей два датчика — по току и по напряжению, подключаемые соответственно последовательно и параллельно нагрузке, датчики могут быть на основе измерительных трансформаторов,термисторов, термопар и другие.

С датчиков через АЦП передается на вычислительное устройство, в котором рассчитываются активная и реактивная мощность, далее итоговая информация выводится на цифровое табло и, при необходимости, на внешние устройства (для хранения, печати данных и так далее).

2.2 Мощность измеряют различными способами

Мощность в электрических цепях постоянного и однофазного переменного тока, измеряют в основном ваттметрами электродинамической системы. На рис. 4.4 приведены схемы включения ваттметра для измерения мощности, потребляемой сопротивлением нагрузки RНАГ в цепях постоянного и однофазного переменного тока.

В цепях напряжения включено добавочное сопротивление RД. Начало токовой обмотки напряжения, так же как и в последующих схемах, показано, соответственно, левой и верхней точками на обмотках ваттметра W; перемена полярности одной из обмоток приведет к отклонению стрелки ваттметра в обратную сторону. Если включить ваттметр в цепь постоянного тока (рис. 4.4, схема а), то он учтёт потребляемую электроприемниками мощность и потери в токовой обмотке ваттметра.,

При включении (рис. 4.4, схема б) по схеме ваттметра учитываются дополнительные потери в обмотке напряжения Рн:

ваттметр мощность ток электрический

Таким образом, систематической погрешности, возникающей в следствии того, что цепи тока и напряжения измерительного механизма должны включаться также, как и приборы для измерения тока и напряжения избежать не удается. Если ожидаются значительные колебания мощности за счёт колебаний тока, то предпочтительней будет схема а.

При включении ваттметра (рис. 4.4, схема в) на добавочном сопротивлении Rд окажется почти полное напряжение источника, на которое не может быть рассчитана изоляция подвижной катушки.

Кроме того, появляется дополнительная погрешность за счет электростатического взаимодействия обмоток. Такую схему не следует применять.

Показания ваттметра, включенного в цепь переменного тока, пропорциональны произведению подведенного к нему напряжения U, тока в токовой обмотке I и cosц:

где с — цена деления ваттметра.

При определенном положении переключателей пределов по току и напряжению цена деления составит

где UПР и IПР — верхние пределы ваттметра, ПР — количество делений шкалы ваттметра.

При определении мощности косвенным методом в цепи постоянного тока измеряют ток и напряжение, а в цепи переменного тока (дополнительно, с помощью фазометра), коэффициент мощности cosц.

Для расширения пределов измерения по току и напряжению применяют шунты, добавочные сопротивления и измерительные трансформаторы (рис. 4.5).

Цену деления ватт-метра при пользовании измерительными трансформаторами определяют по уравнению:

На сверхвысоких частотах (СВЧ) способы измерения мощности, рассмотренные выше очень трудно реализуемы, поэтому применяются другие способы измерения мощности.

Несмотря на кажущееся разнообразие, все они сводятся к преобразованию энергии электромагнитных колебаний в другой вид энергии, более применяемый для измерения (тепловую, механическую и другие) с последующим вторичным преобразованием в электрический сигнал. Измерение производится в основном цифровыми приборами.

При измерении активной мощности в трёхфазных цепях (три фазовых провода и один нулевой — четырех проводная сеть) используют три однофазных ваттметра, включенных в отдельные фазы; измеряемую мощность определяют как сумму мощностей всех фаз. В этом случае не следует пользоваться ваттметром, включенным в одну из фаз, так как велика вероятность неравномерности нагрузки, и погрешность измерения может оказаться значительно больше допустимой.

В трехфазных цепях без нулевого провода возникает затруднение с подключением цепи напряжения ваттметра, потому что в цепи имеется линейное напряжение. Однако при симметричной, нагрузке можно измерить мощность одним ваттметром. Для этого в месте измерения создается искусственная нулевая точка. Сопротивления всех фаз, образующие звезду, должны быть равными. Мощность в этом случае равна утроенному показанию ваттметра.

В несимметричных трехфазных трехпроводных цепях мощность можно измерить так же, как и в четырехпроводных цепях, т.е. как сумму трех мощностей. Здесь также необходима искусственная нулевая точка, однако ее можно очень просто создать соединением в звезду трех (одинаковых!) цепей напряжения ваттметров.

Более универсальным и точным методом измерения трехфазной мощности является метод двух ваттметров или так называемая схема Арона. Построим векторную диаграмму (рис. 4.7) для схемы Арона.

Мощность определяют по сумме показаний ваттметров

В зависимости от характера нагрузки один из углов (ш1 или ш2) может стать больше 90°. В этом случае один из ваттметров будет показывать отклонение в противоположную сторону. Чтобы получить отсчет, надо изменить направление тока в одной из обмоток этого ваттметра.

Показания берут со знаком минус, т.е. общая мощность равна алгебраической сумме показаний. В частном случае, когда система симметрична, ш1=30+ц, ш2=30-ц и общую мощность находят по формуле

Даже при полной симметрии показания ваттметров не равны и зависят от величины и знака угла ц. При значении ц, равном 0-60 показания обоих положительны; при ц=60 показания первого ваттметра Р1=0; при ц>60 оба покажут отрицательные значения. При измерении реактивной мощности однофазные реактивные ваттметры применяют для лабораторных измерений и поверки индукционных счетчиков.

В отличии от обыкновенного ваттметра реактивный имеет усложненную схему параллельной цепи, в которую включают реактивное сопротивление для получения сдвига по фазе на 90° между током и напряжением. Тогда угол отклонения подвижной части будет пропорционален реактивной мощности.

При измерении реактивной мощности в трехфазных цепях нет необходимости получать сдвиг по фазе на 90°, так как при переходе от схемы звезды к схеме треугольника всегда имеется напряжение, которое пропорционально измеряемому и сдвинуто по фазе на 90°.

В соответствии с этим, например в несимметрично нагруженной трех- и четырехфазной сети, реактивную мощность Q определяют по схеме трех активных ваттметров, включенных по напряжению на «чужие» фазы (рис. 4.8). Тогда реактивная мощность

При равномерной нагрузке можно ограничиться одним из ваттметров.

Тогда Q =·Р1. В трехфазной сети с равномерной нагрузкой (рис. 4.6, любая схема), реактивную мощность Q определяют по формуле

Реактивную мощность в трехфазной сети с равномерной и неравномерной загрузкой фаз Q находят по схеме с искусственной нулевой точкой (рис. 4.9):

Сопротивление, включенное на свободную фазу (R), подбирают так, чтобы оно вместе с обмотками напряжения ваттметров образовало симметричную звезду, а к ваттметрам были подведены фазовые напряжения:

Для определении реактивной мощности указанными выше методами необходимо знать порядок чередования фаз сети. Если он окажется обратным, показания ваттметров во многих случаях будут отрицательными.

3. Измерение мощности тока

Чаще всего измерение мощности осуществляется одним прибором — ваттметром. Как было сказано ранее, для измерения мощности лучшей является электродинамическая система.

Ваттметр снабжен двумя измерительными элементами в виде двух катушек: последовательной и параллельной.

По первой катушке течет ток, пропорциональный нагрузке, а по второй — пропорциональный напряжению в сети.

Угол поворота подвижной части электродинамического ваттметра пропорционален произведению тока и напряжения в измерительных катушках:

б = k I U = k P

Рис. 1 Схема включения ваттметра

В трехфазных цепях для измерения мощности используют один, два и три ваттметра. Если нагрузка симметричная и включена «звездой», то достаточно одного ваттметра (рис. 2, а). Если в этой же схеме нагрузка несимметрична по фазам, то используются три ваттметра (рис. 2, б).

Рис. 2 Схемы измерения мощности

В схеме соединения потребителей «треугольником» измерение мощности производится двумя ваттметрами (рис. 2, в).

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Рассмотрение основных методов измерения электрической мощности и энергии в цепи однофазного синусоидального тока, в цепях повышенной и высокой частот. Описание конструкции ваттметров, однофазных счетчиков. Изучение особенностей современных приборов.

реферат [1,5 M], добавлен 08.01.2015

Напряжение, ток, мощность, энергия как основные электрические величины. Способы измерения постоянного и переменного напряжения, мощности в трехфазных цепях, активной и реактивной энергии. Общая характеристика электросветоловушек для борьбы с насекомыми.

контрольная работа [2,2 M], добавлен 19.07.2011

Измерение поглощаемой мощности как наиболее распространенный вид измерения СВЧ мощности. Приемные преобразователи ваттметров проходящей мощности. Обзор основных методов для измерения импульсной мощности, характеристика их преимуществ и недостатков.

реферат [814,2 K], добавлен 10.12.2013

Схема включения, векторная диаграмма и погрешности измерительных трансформаторов переменного и постоянного тока. Применение мостовых схем для вычисления сопротивления, индуктивности, частоты, емкости, добротности катушек и угла потерь конденсаторов.

контрольная работа [850,1 K], добавлен 22.02.2012

Прямые и косвенные измерения напряжения и силы тока. Применение закона Ома. Зависимость результатов прямого и косвенного измерений от значения угла поворота регулятора. Определение абсолютной погрешности косвенного измерения величины постоянного тока.

лабораторная работа [191,6 K], добавлен 25.01.2015

Конденсаторы для электроустановок переменного тока промышленной частоты. Конденсаторы повышенной частоты. Конденсаторы для емкостной связи, отбора мощности и измерения напряжения. Выбор элементов защиты конденсаторов и конденсаторных установок.

реферат [179,4 K], добавлен 16.09.2008

Основные элементы и характеристики электрических цепей постоянного тока. Методы расчета электрических цепей. Схемы замещения источников энергии. Расчет сложных электрических цепей на основании законов Кирхгофа. Определение мощности источника тока.

презентация [485,2 K], добавлен 17.04.2019

Источник



Измерение тока, напряжения, мощности
учебно-методический материал на тему

Кузнецова Алина Валентиновна

В материале представлены лекция и практическая работа к МДК «Проверка и наладка электрооборудования»

Скачать:

Вложение Размер
tekst_lektsii.doc 568.5 КБ
no9izmerenie_tokanapryazheniyamoshchnosti.doc 31.5 КБ

Предварительный просмотр:

Измерение тока, напряжения, мощности.

ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА, НАПРЯЖЕНИЯ, МОЩНОСТИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ

Напряжение и ток в цепях постоянного тока измеряют приборами магнитоэлектрической системы. Чтобы стрелка таких приборов отклонялась в нужную сторону, ток от положительного полюса источника питания должен попадать на зажим «+» амперметра.

Простейшим способом измерения постоянного тока является непосредственное прямое включение амперметра. При этом необходимо соблюдать три условия:

  • предел измерения амперметра должен быть больше или равен максимальному рабочему току цепи;
  • испытательное напряжение амперметра должно быть больше напряжения сети Ua > Uс,
  • сопротивление амперметра должно быть больше сопротивления приемника RA > Rnp.

Для расширения пределов измерения постоянного тока применяют измерительные шунты, которые характеризуются номинальным первичным током Iш, падением напряжения Um, создаваемым между их измерительными зажимами при этом токе, и классом точности. Стандартные токоизмерительные шунты рассчитаны на падение напряжения 45 и 75 мВ.

Чем меньше номинальный ток шунта, тем больше его внутреннее сопротивление. При подключении нескольких приборов параллельно шунту может возникнуть погрешность, превышающая допустимую для его класса точности. Поэтому при токах шунта в несколько десятков ампер к нему подключают один измерительный прибор.

Напряжение в цепях постоянного тока может измеряться приборами различных систем. При использовании вольтметров PV магнитоэлектрической системы следует соблюдать полярность включения (рис. 1, а).
Для расширения пределов измерения вольтметров применяют добавочные резисторы (рис. 1, б). В этом случае предел измерения:

Рис 1. Схемы включения вольтметров в цепи постоянного тока:
а — непосредственное включение, б — с добавочным резистором
где UPVx — расширенный предел вольтметра; R Д — сопротивление добавочного резистора; K — коэффициент, показывающий, во сколько раз увеличивается предел измерения напряжения прибора при использовании добавочного резистора.
Выпускаются различные шунты и добавочные резисторы для расширения пределов измерения приборов постоянного тока.
Переменные напряжение и ток можно измерять приборами любой системы, за исключением магнитоэлектрической. При измерении больших токов в низковольтных установках, а также напряжений и токов в высоковольтных установках применяют приборы электромагнитной системы, включаемые через специальные трансформаторы тока и напряжения. В практике наладочных работ используют различные измерительные трансформаторы, при этом следует помнить, что они вносят в результат измерений дополнительную погрешность. Чтобы погрешность не превышала допустимой, определенной классом точности применяемого измерительного трансформатора, его вторичную обмотку необходимо включать на номинальное сопротивление. Номинальным сопротивлением вторичной обмотки цепи трансформатора тока является то наибольшее, а трансформатора напряжения — то наименьшее сопротивление, на которое можно включить эту обмотку, не превысив погрешность выше допустимой.
Схемы включения вольтметров с добавочными резисторами в цепях постоянного тока и однофазных сетях переменного тока одинаковы (рис. 1,6). Схемы включения амперметров и вольтметров при использовании измерительных трансформаторов показаны на рис. 2, а, б.

Рис 2 . Схемы включения измерительных приборов переменного тока:
а — с трансформатором тока, б — с трансформатором напряжения.
В цепи однофазного переменного тока мощность измеряют непосредственно с помощью электродинамического ваттметра или косвенно методом амперметра и вольтметра. Схема включения приборов показана на рис. 3.

Схема включения приборов для измерения мощности

Зная напряжение U, приложенное к нагрузке, силу тока I, проходящего по ней, и угол ϕ сдвига между током и напряжением, можно определить активную, реактивную и полную мощность:
Р = UI cos ϕ ; Q = UI sin ϕ ; S = UI.
Угол ϕ или cos ϕ определяют с помощью фазометра. При отсутствии фазометра полную мощность находят по показаниям вольтметра и амперметра: S = UI. С помощью ваттметра измеряют активную мощность, отсюда: cos ϕ = Р/S; ϕ = arccosP/S; Q = UI sin ϕ .
При включении вольтметра в измеряемую цепь учитывают полярность его выводов (начала токовой обмотки и обмотки напряжения).

Рис. 3 . Схема включения приборов для измерения мощности:
Rн — резистор нагрузки, Rд — добавочный резистор к обмотке напряжения ваттметра.

При равномерной нагрузке мощность в трехфазной сети можно измерить одним ваттметром. Схемы измерения для трехфазной четырехпроводной и трехпроводной сетей показаны на рис. 4, а, б. Когда нулевая точка сети недоступна, создается искусственная нулевая точка, при этом сопротивления должны быть равны: Rдa = Rдд = Rдс. Мощность определяют суммированием показаний всех трех ваттметров.

Рис. 4. Схемы включения ваттметров для измерения активной мощности
трехфазного тока: а — непосредственное, б — с добавочным резистором.

Рис. 5 . Схемы включения двух ваттметров для измерения мощности трехфазного
тока.

Для измерения мощности цепи трехфазного тока чаще всего используют два ваттметра как при симметричной, так и несимметричной загрузке фаз. Три равноценных варианта включения ваттметров при измерении активной мощности показаны на рис. 15.

Активную мощность определяют как сумму показаний двух ваттметров. Реактивную мощность в трехфазной цепи при равномерной загрузке всех трех фаз можно измерить с помощью одного ваттметра (рис. 6, а). Для получения полной реактивной мощности показания одного ваттметра умножают на 3. При равномерной и неравномерной нагрузке реактивную мощность в трех- и четырехпроводной сети определяют с помощью трех ваттметров (рис. 6,6).

Рис 6 . Схемы измерения реактивной мощности в трехфазной сети: а — с помощью одного ваттметра, б — с помощью трех ваттметров.
Для измерения мощности в трехфазных цепях с симметричной нагрузкой используют ваттметровые токоизмерительные клещи (рис. 7). Чаще всего их применяют для определения нагрузки трехфазных двигателей М напряжением 380 и 660 В с доступной нейтралью (рис. 7). В процессе измерения охватывают клещами один из подводящих проводов, причем зажим напряжения, отмеченный звездочкой, соединяют с этим проводом, а зажим «220 В» (в цепи 660 В зажим «380 В») — с нейтралью статорной обмотки. Если показания прибора отрицательные, клещи при охвате провода следует повернуть на 180° либо поменять местами провода цепи напряжения.

Рис. 7 . Измерение мощности трехфазного двигателя с помощью ваттметровых измерительных клещей.
В сетях переменного тока учет вырабатываемой и потребляемой электроэнергии осуществляется с помощью счетчиков индукционной системы, которые изготовляют в одно- и трехфазном исполнении. Последние бывают двух модификаций — для трех- и четырехпроводной сети. Для учета расхода активной и реактивной энергии выпускаются специальные счетчики. Для измерения в трехфазных сетях активной энергии служат счетчики САЗ, СА4, СА4У, реактивной энергии — СРЗ, СР4, СР4У (цифра 3 в обозначении типа счетчика указывает, что он предназначен для трехпроводной сети, 4 — для четырехпроводной). Счетчики СА4У и СР4У выпускаются только для включения с измерительными трансформаторами тока и напряжения, счетчики остальных типов — для прямого включения и с трансформаторами.

Для учета энергии в цепях однофазного тока используют счетчики СО.

Счетчики активной энергии изготовляют классов точности 1,0; 2,0; 2,5, счетчики реактивной энергии—2,0; 2,5; 4,0. Класс точности счетчиков и измерительных трансформаторов, предназначенных для цепей коммерческого и технического учета, должен соответствовать требованиям ПУЭ.
Схемы внутренних соединений трехфазных счетчиков приведены на рис. 8,а — д. Индексами Г и Н обозначены выводы обмоток счетчиков, подключаемые соответственно к питающей стороне схемы и нагрузке.

Рис. 8. Схемы внутренних соединений трехфазных счетчиков: а — активной энергии типа САЗ и САЗУ, б — реактивной энергии типа СРЗ и СРЗУ, в — активной энергии типа СА4 и СА4У, г — реактивной энергии типа СР4 и СР4У с дополнительной последовательной обмоткой, д — реактивной энергии типа СР4 И676 и СР4У-И676, 1 – 10 – номера зажимов.

Схемы включения трехпроводных счетчиков активной энергии типа САЗ и САЗУ и счетчиков реактивной энергии тина СРЗ и СРЗУ приведены на рис. 9, а — в, а схемы включения четырехпроводных счетчиков активной энергии СА4 и СА4У и реактивной энергии СР4 и СР4У — на рис. 10, а — г.

Рис. 9. Схемы включения счетчика активной энергии типа САЗ и САЗУ и счётчика реактивной энергии типа СРЗ, СРЗУ: а — непосредственное включение, б — с трансформаторами тока, в — с трансформаторами тока и напряжения.

Рис. 10. Схемы включения счетчика активной энергии типа СА4 и СА4У и счетчика реактивной энергии типа СР4, СР4У, СР4-И676 и СР4У-И676: а — непосредственное включение, б — с трансформаторами тока, в — с трансформаторами тока и напряжения в трехпроводной цепи, г — с трансформаторами тока и напряжения и четырехпроводной цепи (в реактивных счетчиках зажимы 10 отсутствуют).

Иногда при наладочных работах счетчики используют для измерения мощности. Рассмотрим пример определения мощности, потребляемой двигателем, с помощью трехфазного счетчика. Отсчитываем число оборотов диска за промежуток времени t (обычно достаточно 20—40 с, отсчитанных по секундомеру); нагрузка двигателя за этот промежуток не должна меняться. Если на табличке счетчика, например типа САЗУ, указано 1 кВт . ч = n оборотов диска, то мощность, кВт:

где Kтт и Kтн — соответственно коэффициенты трансформации трансформаторов тока и напряжения.

Источник