Меню

Измерение активной мощности при недоступной нулевой точке



Измерение активной мощности в трехфазных цепях

Измерение активной мощности в трехфазных цепях производят с помощью трех, двух или одного ваттметров, используя различные схемы их включения. Схема включения ваттметров для измерения активной мощности определяется схемой сети (трех- или четырехпроводная), схемой соединения фаз приемника (звезда или треугольник), характером нагрузки (симметричная или несимметричная), доступностью нейтральной точки.

При несимметричной нагрузке в четырехпроводной цепи активную мощность измеряют тремя ваттметрами (рис. 2.1), каждый из которых измеряет мощность одной фазы – фазную мощность.

Рис. 2.1. Метод трех ваттметров

Активная мощность приемника определяют по сумме показаний трех ваттметров

Измерение мощности тремя ваттметрами возможно при любых условиях.

При симметричном приемнике и доступной нейтральной точке активную мощность приемника определяют с помощью одного ваттметра, измеряя активную мощность одной фазы по схеме рис. 2.2. Активная мощность всего трехфазного приемника равна при этом утроенному показанию ваттметра: .

Рис. 2.2. Метод одного ваттметра

Рис. 2.3. Метод одного ваттметра с искусственной нейтральной точкой

В случае, если нейтральная точка приемника недоступна или зажимы фаз приемника, включенного треугольником не выведены, применяют схему рис. 2.3 с использованием искусственной нейтральной точки . В этой схеме дополнительно в две фазы включают резисторы с сопротивлением , равным сопротивлению обмотки напряжения ваттметра .

Измерение активной мощности симметричного приемника в трехфазной цепи одним ваттметром применяют только при полной гарантии симметричности трехфазной системы.

В трехпроводных трехфазных цепях при симметричной и несимметричной нагрузках и любом способе соединения приемников широко распространена схема измерения активной мощности приемника двумя ваттметрами (рис. 2.4). Показания двух ваттметров при определенной схеме их включения позволяют определить активную мощность трехфазного приемника, включенного в цепь с симметричным напряжением источника питания.

На рис. 2.4 показана одна из возможных схем включения ваттметров: здесь токовые катушки включены в линейные провода с токами и , а катушки напряжения – соответственно на линейные напряжения и .

Рис. 2.4. Метод двух ваттметров

Докажем, что сумма показаний ваттметров, включенных по схеме рис. 2.4, равна активной мощности трехфазного приемника. Мгновенное значение общей мощности трехфазного приемника, соединенного звездой,

Подставляя значение в выражение для , получаем

Выразив мгновенные значения и через их амплитуды, можно найти среднюю (активную) мощность

Так как , и – соответственно линейные напряжения и токи, то полученное выражение справедливо и при соединении потребителей треугольником.

Следовательно, сумма показаний двух ваттметров действительно равна активной мощности трехфазного приемника.

При симметричной нагрузке

Из векторной диаграммы (рис. 2.5) получаем, что угол между векторами и равен , а угол между векторами и составляет .

В рассматриваемом случае показания ваттметров можно выразить формулами

Сумма показаний ваттметров

cos( ] cos (2.32)

Ввиду того, что косинусы углов в полученной формуле могут быть как положительными, так и отрицательными, в общем случае активная мощность приемника, измеренная по методу двух ваттметров, равна алгебраической сумме показаний.

При симметричном приемнике показания ваттметров и будут равны только при . Если , то показания второго ваттметра будет отрицательным.

Для измерения активной мощности в трехфазных цепях промышленных установок широкое применение находят двухэлементные трехфазные электродинамические и ферродинамические ваттметры, которые содержат в одном корпусе два измерительных механизма и общую подвижную часть. Катушки обоих механизмов соединены между собой по схемам, соответствующим рассмотренному методу двух ваттметров. Показание двухэлементного ваттметра равно активной мощности трехфазного приемника.

Читайте также:  Как повысить мощность модем

Источник

Измерение активной мощности в трехфазной цепи

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Проверить рассмотренные в теории методы измерения активной мощности.

2. Получить практические навыки измерения активной мощности в трехфазных цепях переменного тока.

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К РАБОТЕ

Полная мощность цепи постоянного тока определяется по формуле: .

Следовательно, измеряя ток амперметром и напряжение вольтметром, можно определить полную мощность цепи.

Для измерения активной мощности переменного тока кроме амперметра и вольтметра нужен еще фазометр. Это следует из выражения .

Однако оба эти методы неудобны. На практике мощность измеряют с помощью ваттметра. В цепях постоянного тока применяются электродинамические ваттметры, а в цепях переменного тока – электродинамический или ферродинамический ваттметр, в основе принципа, действия которого лежит взаимодействие магнитных полей двух катушек при протекании по ним токов. Одна из катушек включается в измеряемую цепь последовательно с нагрузкой (как амперметр), а другая – параллельно (как вольтметр).

Это взаимодействие катушек приводит к повороту подвижной катушки и, соответственно, стрелки, укрепленной на одной оси с этой катушкой.

Измерение активной мощности в трехфазных цепях может производиться с помощью однофазных ваттметров. При этом может быть использован метод одного, двух и трех ваттметров. Применение каждого из этих методов возможно только при определенных условиях.

Метод одного ваттметра

Этот метод применяется для измерения активной мощности в трехфазных цепях при равномерной нагрузке фаз.

При измерении могут встретиться несколько случаев:

а) трехфазная цепь имеет нулевой провод или приемник имеет доступную нулевую точку. При этом для измерения мощности трехфазной цепи достаточно одного ваттметра, измеряющего мощность одной фазы (рис. 5.1).

Мощность трехфазной цепи определяют по формуле: .

Рис. 5.1. Схема измерения активной мощности трехфазной цепи одним однофазным ваттметром при доступной нулевой точке

б) трехфазная цепь имеет соединение треугольником или звездой с недоступной нулевой точкой. Для измерения мощности трехфазной цепи однофазным ваттметром в этом случае нужно создать искусственную нулевую точку. Она создается с помощью активных сопротивлений, рассчитанных на номинальный ток параллельной цепи ваттметра (рис. 5.2). Активные сопротивления выбираются равными сопротивлению цепи обмотки напряжения ваттметра.

Рис. 5.2. Схема измерения активной мощности трехфазной цепи одним однофазным ваттметром при недоступной нулевой точке

Очевидно, что при таком включении к зажимам параллельной обмотки ваттметра приложено фазное напряжение UФ, а по последовательной обмотке проходит ток IФ и, следовательно, ваттметр измеряет активную мощность одной фазы. Мощность трехфазной цепи равна .

Метод двух ваттметров

Этот метод применяется для измерения активной мощности в трехфазных трехпроводных цепях, как при равномерной, так и при неравномерной нагрузках независимо от способа соединения приемников энергии. В качестве измерительных приборов могут быть использованы два однофазных ваттметра или один трехфазный двухэлементный ваттметр.

Для измерения мощности трехфазной цепи по методу двух ваттметров однофазные ваттметры могут быть включены по одной из трех схем, изображенных на рис. 5.3.

Общая измеряемая мощность трехфазной цепи определяется в этом случае как алгебраическая сумма показаний обоих ваттметров .

Рис. 5.3. Варианты схем включения двух однофазных ваттметров для измерения активной мощности в трехфазной цепи

При измерении активной мощности в трехфазной цепи двумя ваттметрами возможны некоторые частные случаи:

Читайте также:  Определить мощность тяговой нагрузки

а) один из приборов показывает нуль. Это бывает при активно-индуктивной нагрузке, когда угол сдвига фаз между током и напряжением φ=60° (cosφ=0,5). В этом случае активная мощность трехфазной цепи измеряется только одним ваттметром.

б) один из приборов показывает отрицательное показание. Это бывает при активно-индуктивной нагрузке, когда угол сдвига фаз между током и напряжением φ>60° (cos

Метод трех ваттметров

Этот метод применяется для измерения активной мощности в трехфазных цепях с нейтральным проводом при неравномерной нагрузке фаз. В качестве измерительных приборов могут быть использованы три однофазных ваттметра или один трехфазный трехэлементный ваттметр. Ваттметры включаются по схеме, изображенной на рис. 5.4. Каждый из ваттметров (элементов) измеряет мощность одной из фаз.

Рис. 5.4. Схема измерения активной мощности в трехфазной четырехпроводной цепи тремя однофазными ваттметрами

Активная мощность трехфазной цепи определяется суммой показаний трех ваттметров .

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с приборами, необходимыми для выполнения работы, записать их технические данные (табл. 5.1).

Технические характеристики приборов

Наименование прибора Система прибора Класс точности Пределы измерений Цена деления

2. Собрать схему, указанную на рис. 5.5 и проверить ее.

Рис. 5.5. Схема измерения активной мощности трехфазной цепи одним однофазным ваттметром при доступной нулевой точке

3. Установить на всех фазах равномерную нагрузку (по 5 ламп в каждой фазе, по 3 лампы в каждой фазе), измерить мощность, напряжения и токи. Данные опытов занести в табл. 5.2.

Результаты опытов и вычислений

Измерено Вычислено
№ опыта UAB, B UBC B UCA, B UA, B UB, B UC, B IA, A IB, A IC, A P, Вт РΣ, Вт UФ, В IФ, А Ррасч. Вт

4. Показать руководителю результаты опытов.

5. Разобрать схему.

6. Собрать схему, указанную на рис. 5.6 и проверить ее.

Рис. 5.6. Схема измерения активной мощности трехфазной цепи двумя одинаковыми однофазными ваттметрами

7. Изменяя нагрузку в фазе А (0, 3, 5 ламп), произвести измерение мощностей, напряжений и токов для всех трех опытов. При этом в фазах В и С нагрузка должна оставаться неизменной
(по 5 ламп). Данные опытов занести в табл.5.3 .

Результаты опытов и вычислений

Измерено Вычислено
№ опыта UAB, B UBC B UCA, B UA, B UB, B UC, B IA, A IB, A IC, A P1, Вт Р2, Вт РΣ, Вт UФ, В IФ, А Ррасч. Вт

8. Показать руководителю результаты опытов.

9. Разобрать схему, привести в порядок рабочее место.

Составить отчет по работе, который должен содержать следующие основные разделы:

— схемы опытных установок;

— техническую характеристику приборов и аппаратов;

— краткое описание порядка и характера проведенных исследований;

— расчетные формулы и таблицы расчетных данных;

Источник

Измерение мощности. Мощность в цепи постоянного, однофазного и трехфазного тока

Страницы работы

Фрагмент текста работы

Аналогично методу амперметра и вольтметра включение ваттметра возможно двумя способами (рис. 2). Для правильного включения ваттметра один из каждой пары зажимов (последовательной и параллельной цепей) обозначают звездочками и называют генераторным зажимом. Генераторные зажимы подключают к одному полюсу источника. Обе схемы дают погрешности, обусловленные теми же причинами, что и в соответствующих схемах на рис. 1.

Рис. 2. Схемы измерения мощности ваттметром. а – токовая обмотка включена последовательно с нагрузкой; б – обмотка напряжения включена параллельно нагрузке.

Электродинамические ваттметры с несколькими пределами измерения по току и напряжению имеют неименованную шкалу. В этом случае показание прибора умножают на постоянную прибора С, Вт/дел.

Читайте также:  Мощность болгарки для резки труб

где Uном, Iном – номинальные значения напряжения и тока для предела, на котором производится измерение; am – число делений шкалы.

Мощность однофазного тока можно также измерить косвенным методом по схемам (рис. 3) или ваттметрами электродинамической, ферродинамической и, редко, индукционной систем.

Рис. 3. Схемы измерения мощности однофазного переменного тока. а – амперметр включен последовательно с нагрузкой; б – вольтметр включен параллельно с нагрузкой.

Если нужно знать активную и реактивную мощности, необходимо определить угол j между током и напряжением с помощью фазометра либо воспользоваться схемой на рис. 3. По показаниям вольтметра и амперметра рассчитывают полную мощность

ваттметр измеряет активную мощность

Р = UI cos j = S cos j, откуда

cos j = P/S и j = arccos P/S.

Методические погрешности при этих измерениях такие же, как и в схеме на рис. 1 и 2.

Реактивная мощность может быть замерена также реактивным ваттметром, применяемым, как правило, для лабораторных измерений.

Основные требования к ваттметрам устанавливает ГОСТ.

Мощность в цепи трехфазного тока может быть измерена с помощью одного, двух и трех ваттметров.

Метод одного прибора применяют в трехфазной симметричной системе. Активная мощность всей системы равна утроенной мощности потребления по одной из фаз.

При соединении нагрузки звездой с доступной нулевой точкой или если при соединении нагрузки треугольником имеется возможность включить обмотку ваттметра последовательно с нагрузкой, можно использовать схемы включения, показанные на рис. 4. Если нагрузка соединена звездой с недоступной нулевой точкой или треугольником, то можно применить схему с искусственной нулевой точкой (рис. 5). В этом случае сопротивления должны быть равны

Рис. 4. Схемы измерения мощности трехфазного переменного тока при соединении нагрузок. а – по схеме звезды с доступной нулевой точкой; б – по схеме треугольника с помощью одного ваттметра.

Рис. 5. Схема измерения мощности трехфазного переменного тока одним ваттметром с искусственной нулевой точкой.

Рис. 6. Схема измерения реактивной мощности трехфазного переменного тока одним ваттметром.

Для измерения реактивной мощности токовые концы ваттметра включают в рассечку любой фазы, а концы обмотки напряжения – на две другие фазы (рис. 6). Полная реактивная мощность определяется умножением показания ваттметра на sqrt ( 3 ). (Даже при незначительной асимметрии фаз применение данного метода дает значительную погрешность)

Методом двух приборов можно пользоваться при симметричной и несимметричной нагрузке фаз. Три равноценных варианта включения ваттметров для измерения активной мощности показаны на рис. 7. Активная мощность определяется как сумма показаний ваттметров.

Рис. 7. Схемы измерения активной мощности трехфазного переменного тока двумя ваттметрами. а – токовые обмотки включены в фазы А и С; б – в фазы А и В; в – в фазы B и С.

При измерении реактивной мощности можно применять схему рис. 8, а с искусственной нулевой точкой. Для создания нулевой точки необходимо выполнить условие равенства сопротивлений обмоток напряжений ваттметров и резистора R. Реактивная мощность вычисляется по формуле

где P1 и P2 –показания ваттметров.

По этой же формуле можно вычислить реактивную мощность при равномерной загрузке фаз и соединения ваттметров по схеме

Источник