Измерване на мощността на постоянен електрически ток. § 102. Измерване на мощност и електрическа енергия

Работен план

Различни методи за измерване на мощността и методи за свързване на устройства във вериги постоянен ток.

Анализ на резултатите от измерванията.

Основни теоретични положения

Мощността е физическа величина, равна на работата, извършена за единица време, което е еквивалентно на скоростта на промяна в енергията на системата. По-специално електрическата мощност е величина, която характеризира скоростта на трансфер или преобразуване на електрическата енергия в други видове енергия, например механична, топлинна, светлинна и т.н.

DC мощностдефиниран от израза P = Потребителски интерфейс, където U - волтаж, приложено към товара, V, Аз – ток, протичащ през товара, А. Мерна единица електрическа сила е вата (W). От горното уравнение следва, че мощността P може да се определи косвено чрез измерване на напрежението с волтметър U на товар и амперметър - ток Аз, протичаща през товара. Умножаване на резултатите от измерването U и Аз, получаваме стойността на мощността.

На фиг. 1 показва две схеми за включване на волтметър и амперметър. Изборът на тази или онази схема се дължи на допустимата методологична грешка в измерването. Грешката зависи от съизмеримостта на вътрешните съпротивления на устройствата с устойчивост на натоварване R н .

Фигура: 1. Вериги за измерване на мощността

в постояннотоковата верига.

Схема фиг. 1 и се прилага при съпротивление на натоварване R н много по-малко съпротивление на волтметъра R в ; и диаграмата на фиг. 1 б - когато съпротивлението на натоварване R н много повече съпротива амперметър R а ... Ако тези условия се пренебрегнат и се предполага, че R н = R в за веригата на фиг. 1 и и R н = R а за веригата на фиг. 1 б, тогава относителната грешка в измерването на мощността ще бъде 100%.

По-удобно е да измервате мощността с едно устройство - ватметър. За да определи мощността, ватметърът се нуждае от информация за тока и напрежението и трябва да може да ги умножава. Такова устройство е електродинамичен ватметър, който се състои от движеща се намотка, разположена вътре във фиксирана намотка.

Напрежението на товара е свързано към движещата се намотка и токът на товара се подава през неподвижната намотка. Взаимодействието на магнитните полета на бобините кара движещата се бобина да се върти под ъгъл, пропорционален на мощността. Посоката на въртене зависи от посоката на токовете в намотките, поради което е необходимо да се включи в схемата, така че началото на намотките на намотките да са свързани към страната на източника на енергия (генератор). На клемите на ватметъра началото на намотките е обозначено със звездичка (* U и * Аз). Те се наричат \u200b\u200bгенераторни скоби. Ако скобата на токовия генератор е свързана по погрешка в посока на товара, тогава стрелката на устройството ще се отклони вляво от нулевата маркировка и отчитането ще бъде невъзможно. Генераторната скоба на намотката за напрежение, за да се намали грешката при измерване, може да се включи съгласно схемата на фиг. 2 и или фиг. 2 б.

Фигура: 2. Схема за свързване на ватметър към постоянна верига.

Схема фиг. 2 a се използва, когато съпротивлението на натоварване R н много по-голямо съпротивление на токовата верига на ватметъра R а ; и диаграмата на фиг. 2 б - когато съпротивлението на натоварване R н много по-малко съпротивление на веригата на ватметър напрежение R в ... Съпротивленията на веригите за напрежение и ток са посочени на циферблата на устройството. Ватметърът е проектиран по такъв начин, че веригата на фиг. 2 и.

Измерване на мощността. В постояннотокови вериги мощността се измерва с електро- или феродинамичен ватметър. Мощността може да се изчисли и чрез умножаване на стойностите на тока и напрежението, измерени с амперметър и волтметър.

Във вериги еднофазен ток измерването на мощността може да се извърши с електродинамичен, феродинамичен или индукционен ватметър. Ватметър 4 (фиг. 336) има две намотки: ток 2, който е свързан последователно към веригата, и напрежение 3, което е свързано паралелно към веригата.

Ватметърът е устройство, което изисква правилна полярност, когато е включено, поради което неговите генераторни скоби (скобите, към които са свързани проводниците, идващи от страната на източника 1) са обозначени със звездички.

Фигура: 336. Схема за измерване на мощността

За да се разширят границите на измерване на ватметрите, техните токови намотки са свързани към веригата с помощта на шунтове или измервателни токови трансформатори, а намотките за напрежение са свързани чрез допълнителни резистори или измервателни трансформатори на напрежение.

Измерване на електрическа енергия. Метод за измерване... За да се отчете електрическата енергия, получена от потребителите или дадена от текущи източници, се използват електромери. Електромерът по принцип е подобен на ватметър. Въпреки това, за разлика от ватметрите, вместо спирална пружина, която създава обратен момент, в измервателните уреди е предвидено устройство, подобно на електромагнитния амортисьор, който създава спирачна сила, пропорционална на скоростта на въртене на движещата се система. Следователно, когато устройството е свързано към електрическа верига, полученият въртящ момент няма да предизвика отклонение на движещата се система с определен ъгъл, а въртенето й с определена честота.

Броят на оборотите на подвижната част на устройството ще бъде пропорционален на произведението на мощността електрически ток за времето, през което той действа, т.е. количеството електрическа енергия, преминаващо през устройството. Броят на оборотите на брояча се определя от броячен механизъм. Предавателното отношение на този механизъм е избрано така, че според показанията на брояча не могат да се отчитат оборотите, а директно електрическата енергия в киловатчас.

Най-широко разпространени са ферродинамичните и индукционните измервателни уреди; първите се използват в постояннотокови вериги, а вторите - във вериги променлив ток... Измервателите на електрическа енергия са включени в електрическите вериги с променлив и постоянен ток по същия начин като ватметрите.

Феродинамичен брояч (Фиг. 337), зададени на e. стр. от. постоянен ток. Той има две намотки: фиксирана 4 и подвижна 6. Намотката с фиксиран ток 4 е разделена на две части, които покриват феромагнитната сърцевина 5 (обикновено от пермалой). Последното ви позволява да създадете силно магнитно поле и значителен въртящ момент в устройството, което осигурява нормалната работа на измервателния уред в условия на разклащане и вибрации. Използването на пермалой спомага за намаляване на грешката на преброяващия механизъм 2 от хистерезиса на магнитната система (той има много тясна хистерезисна верига).

За да се намали влиянието на външните магнитни полета върху показанията на измервателния уред, магнитните потоци на отделни части на токовата намотка имат взаимно противоположна посока (астатична система). В този случай външното поле, отслабващо потока на едната част, съответно увеличава потока на другата част и като цяло има малък ефект върху получения въртящ момент, генериран от устройството. Подвижната намотка 6 на брояча (бобина на напрежение) е разположена върху котва, направена под формата на диск, изработен от изолационен материал или под формата на алуминиева купа. Намотката се състои от отделни секции, свързани към колекторните плочи 7 (тези връзки не са показани на фиг. 337), по които се плъзгат четки от тънки сребърни плочи.

Феродинамичният измервателен уред работи главно като двигател с постоянен ток, чиято намотка на котвата е свързана паралелно, а намотката за възбуждане - последователно с консуматора на електроенергия. Котвата се върти във въздушна междина между полюсите на сърцевината. Спирачният въртящ момент се създава в резултат на взаимодействието на потока на постоянния магнит 1 с вихрови токове, възникващи в алуминиевия диск 3 по време на въртенето му.

За да се компенсира влиянието на фрикционния момент и по този начин да се намалят грешките на устройството във феродинамичните измервателни уреди, в магнитното поле на стационарна (текуща) намотка се поставя компенсаторна намотка или се поставя венчелистче от пермалой, което има висока магнитна пропускливост при ниска сила на полето. При леки натоварвания този лоб усилва магнитния поток на текущата намотка, което води до увеличаване на въртящия момент и компенсация на триенето. С увеличаване на индукцията на натоварване магнитно поле бобината се увеличава, венчелистчето се насища и компенсиращият му ефект престава да се увеличава.

Когато уредът работи на e. стр. от. възможни са силни удари и удари, при които четките могат да отскачат от колекторните плочи. Това ще създаде искри под четките. За да се предотврати, между четките са включени кондензатор С и резистор R1. Компенсирането на температурната грешка се извършва с помощта на термистор RT (полупроводниково устройство, чието съпротивление зависи от температурата). Той се включва заедно с допълнителен резистор R2 паралелно с движещата се намотка. За да се намали влиянието на треперенето и вибрациите върху работата на измервателните уреди, те се инсталират на д. стр. от. на гумено-метални амортисьори.

Индукционен брояч има два електромагнита (фиг. 338, а), между които е разположен алуминиев диск 7. диск (както при конвенционален индукционен измервателен механизъм, виж § 99).

В индукционния измервателен уред въртящият момент M трябва да бъде пропорционален на мощността P \u003d UIcos? За това намотката 6 на един от електромагнитите (ток) е свързана последователно с товара 5, а намотката 2 на другата (намотка на напрежение) е свързана паралелно с товара. В този случай магнитният поток Ф1 ще бъде пропорционален на тока I в веригата на товара, а потокът Ф2 ще бъде пропорционален на напрежението U, приложено към товара. За да осигурите необходимия фазов ъгъл? между потоците F1 и F2 (така че sin? \u003d cos?), в електромагнита на бобината на напрежението е предвиден магнитен шънт 3, през който част от потока F2 е затворена

Фигура: 337. Феродинамичен измервател на електрическа енергия

Фигура: 338. Индукционен електромер

в допълнение към диск 7. Фазовият ъгъл между потоците F1 и F2 се регулира прецизно чрез промяна на положението на металния щит 1, разположен по пътя на потока, разклоняващ се през магнитния шунт 3.

Спирачният въртящ момент се генерира по същия начин, както при феродинамичен брояч. Моментът на триене се компенсира чрез създаване на лека асиметрия в магнитната верига на един от електромагнитите с помощта на стоманен винт.

За да се предотврати въртенето на котвата при липса на товар под действието на силата, създадена от устройството за компенсиране на триенето, към оста на измервателния уред е прикрепена стоманена кука. Тази кука се привлича към спирачния магнит 4, като по този начин предотвратява въртенето на подвижната система без товар.

Когато измервателният уред работи под товар, спирачната кука практически не влияе на показанията му.

За да се върти дискът в необходимата посока, е необходимо да се спазва определен ред на свързване на проводници към неговите клеми. Натоварващите скоби на устройството, към които са свързани проводниците, идващи от консуматора, се обозначават с буквите I (фиг. 338, б), генераторните скоби, към които са свързани проводниците от източника на ток или от мрежата с променлив ток, с буквите D.

Тема: как да се измери електрическата мощност, методи, изчислителни методи.

Какво е властта? Помните ли от уроците по училищна физика? Това физическо количество изразява свършената работа за определен период от време. Като цяло мощността може да бъде изразена като скорост на промяна в енергията на определена система. По отношение на електрическата мощност този израз ще има различна форма: физическа величина, която определя скоростта на преобразуване или предаване на електричество. Формулата за електрическа мощност е дори по-проста от изговорените думи - P \u003d U × I. Тоест, то е равно на напрежението, умножено по тока. Следователно, измерванията на електрическата мощност ще се извършват съгласно този принцип.

За извършване на измервания на електрическа мощност на практика се използват две. Първият ще бъде използването на специално измервателно устройство, наречено ватметър (за измерване на постоянна мощност) и варметър (за измерване на променлива мощност). Вторият метод е по-разпространен сред електротехниците и е непряк. Това е често измерване на базовите стойности на тока и напрежението и след това умножаването им. Например, на постоянен електрически двигател е изтрит надпис, на който номиналната електрическа мощност на това електрически мотор... Какво да правя? Вземаме го и свързваме този двигател към захранването. След това измерваме напрежението на входните клеми и текущата сила, която тече в момента. Умножаваме първото по второто и в резултат получаваме средната електрическа мощност на този електродвигател.

Измерването на електрическа мощност с помощта на електрически устройства може да се намери повече в специални измервателни лаборатории, производствени цехове, бюра за разработка и др. На практика рядко се налага измерване на мощността с помощта на специални устройства. По отношение на класификацията на ватметрите. Те могат да бъдат разделени на три основни типа (по предназначение и честотен диапазон): постоянен ток (нискочестотен), радиочестотен и оптичен. В зависимост от директната версия на функционалното преобразуване на информацията (измерване) и последващото й извеждане, ватметрите са аналогови и цифрови. За електрически нужди най-подходящ е първият тип - нискочестотен (постоянен ток). Те са тези, които измерват електрическата мощност в енергийните системи.

DC ватметри (и нискочестотни токови варметри) се използват главно в електрически мрежи захранване с индустриална честота (50Hz) за измерване на консумираната електрическа мощност. Те са еднофазни и трифазни. Варметрите представляват отделна група - измервателни уреди за реактивна електрическа енергия. Електронните цифрови устройства, като правило, съчетават измервания, както активни, така и реактивна мощност... Аналоговите ватметри (постоянен и нискочестотен тип) на феродинамична или електродинамична система имат две медни намотки в устройството си, едната е свързана последователно с електрическия товар, а другата е успоредна на нея. Взаимодействието на електромагнитните полета на тези намотки генерира въртящ момент, който движи иглата на измервателното устройство.

За да се измери електрическата мощност с инструменти, те са свързани по следния начин. Както знаем, напрежението в електрическите вериги се измерва успоредно на веригата и за да се измери силата на тока, става необходимо да се прекъсне директната секция на веригата, в която се извършва измерването. Ако за получаване на електрическа мощност е необходимо напрежението да се умножи с силата на тока, тогава измерванията с инструментите се извършват по същия принцип като отделното измерване на ток и напрежение. Следователно ватметърът е свързан едновременно, като в процеп електрическа верига, и успоредно.

Измерване на мощността.В постояннотокова верига мощността може да се измери с амперметър и волтметър, тъй като P \u003dПотребителски интерфейс. Въпреки това, той може да бъде по-точно измерен директно от електродинамиката ватметър(фиг. 10.3). Състои се от бобина с ниско съпротивление, свързана като амперметър последователно и наречена текуща намотка,и движеща се бобина с високо съпротивление, свързана паралелно и наречена напрежение намотка.

Въртящият момент на ватметъра е пропорционален на произведението на токовете в бобините:

където I е токът в неподвижната намотка, практически равен на тока на натоварване; I U = U/ r U - токът в движещата се бобина, т.е.в намотката на напрежението; r U - съпротивлението на движещата се намотка. Следователно,

(10.5)

където ОТ -коефициент на пропорционалност.

По този начин въртящият момент на ватметъра е пропорционален на мощността и скалата му може да се калибрира директно във ватове или киловати.

За измерване на активната мощност във вериги с променлив ток се използват ватметри на електродинамична система.

Измерване на активната мощност в еднофазна верига. Електродинамичният ватметър за измерване на активна мощност в еднофазна верига за променлив ток се включва по същия начин, както при измерване в верига с постоянен ток, т.е. съгласно схемата на фиг. 10.3. Тъй като сегашният I U в движеща се бобина пропорционална на напрежението U и практически съвпада с него по фаза, а токът I в неподвижната намотка (токова намотка) е равен на тока на товара, тогава въртящият момент на ватметъра

където C е коефициентът на пропорционалност.

И така, въртящият момент на ватметъра е пропорционален на измерената активна мощност R,и противоположен момент М и т.н. , пропорционално на ъгъла на въртене α на движещата се намотка (или стрелката на устройството). Следователно отклонението на стрелката на устройството е пропорционално на измерената мощност Rи следователно скалата на ватметъра се градуира във ватове или киловати.

Скоби на текущата намотка и намотка на напрежение на ватметъра, маркирани със звездички и наречени генераторни комплекти,трябва да бъде свързан към електрическата верига от страната на източника на захранване.

Измерване на активната мощност в трифазна верига. В зависимост от естеството на товара и трифазната електрическа схема се използват няколко метода за измерване на мощността.

При симетрично натоварване може да се измери активната мощност в трифазна верига чрез измерване на мощността в една фаза сс помощта на ватметър, свързан съгласно схемата на фиг. 10.4, а, б. След измерване показанието

ватметър P w умножете по 3: * "

(10.7)

В трипроводна трифазна верига, както със симетрични, така и с небалансирани товари и всеки метод за свързване на консуматори, активната мощност може да бъде измерена използвайки два ватметра(фиг. 10.5). Нека покажем, че алгебричната сума на показанията на ватметрите в този случай е равна на активната мощност Rв трипроводна трифазна верига.

Моментална стойност на мощността, измерена от първия ватметър, p 1 \u003d u AB i A. Моментална мощност, измерена от втория ватметър, p 2 \u003d u CB i C. Сумата от моментните стойности на мощността, измерени с два ватметра, p \u003dстр 1 + стр 2 = u AB i A + u CB i ° С . .

Ако напреженията на линията и AB и u CB , към които са свързани напреженията на намотките на ватметрите, изразени чрез фазовите напрежения u AB = u A - u B ; u cb = и от - и в ,; тогава p \u003d и И i A - u Б. i A + u ° С i ° С - u Б. i ° С или p \u003du A i A + u ° С i ° С - и в (i A + i ° С). Тъй като в трипроводна трифазна верига i A + i Б. + i ° С = 0, тогава i A + i ° С = - i Б. , , и крайният израз на мощността, измерена с два ватметра,

От този израз следва, че общата моментна мощност, измерена чрез два ватметра, е равна на активната мощност в трифазна верига, когато потребителите са свързани със звезда. Подобни разсъждения могат да се повторят за свързване на потребителите с триъгълник, като същевременно се получи същият краен резултат.

Активната мощност на трифазна система, изразена чрез ефективните стойности на напрежения и токове и измерена по метода на два ватметра, е

където R w 1 и Р w 2 - показания на ватметрите.

При измерване на активната мощност по метода на два ватметра за случай на симетрично натоварване Аз И = Аз IN = Аз ОТ = Аз л ; U AC \u003d U CB = U л .

Фигура 10.6 показва векторна диаграма на токове и напрежения, която обяснява измерването на използваната активна мощност

два ватметра за симетричен товар, свързани в звезда. Тъй като на векторната диаграма ъгълът α между векторите U AB и аз И е φ + 30 °, а ъгълът β между векторите U CB и I C е φ - 30 °, тогава мощността на трифазна система със симетрично натоварване

Ако фазовият ъгъл φ< 60°, то, согласно (10.9), мощность, учитываемая ваттметрами, всегда положительна: R w1 = U L I L cos (φ + 30 °) и P w 2 = U L I L cos (φ - 30 °). При φ \u003d 60 °, мощността, показана от първия ватметър, е нула: cos (60 ° + 30 °) \u003d 0. В този случай цялата мощност в трифазната верига ще бъде взета под внимание от втория ватметър. При φ\u003e 60 ° мощността, отчетена от първия ватметър, става отрицателна и общата мощност на двата ватметра се изчислява, като се вземе предвид знакът на мощностите на последните, като тяхната алгебрична сума.

На практика, за да се отчете отрицателната мощност според показанията на ватметъра, е необходимо да се промени посоката на тока в намотката на напрежението, за което превключвателят за посоката на тока в намотката на напрежението, който е на корпуса на ватметъра, трябва да бъде превключен от "+" на "-".

Можете да измерите активната мощност в четирипроводна трифазна верига с небалансиран товар с три ватметра (Фигура 10.7). Тъй като в този случай всеки от ватметрите измерва активната мощност на една фаза, мощността в четирипроводна трифазна верига

където R И , R Б. , P ° С - мощности на активната фаза A, B, C.

Измерване на реактивна мощност в трифазна верига... Реактивната мощност в трифазна трипроводна верига при симетрично натоварване може да се определи от разликата в показанията на ватметрите (вж. Фиг. 10.5):

където е реактивната мощност

Реактивната мощност в трипроводна трифазна верига със симетрично натоварване може да бъде измерена с един ватметър (фиг. 10.8, и), и текущата намотка на ватметъра е включена в линейния проводник И,а намотката на напрежението - към линейно напрежение U Пр.н.е. (т.е. на "чуждо" напрежение). От векторната диаграма (фиг. 10.8.6) се вижда, че фазовото изместване между тока I A и напрежение U Пр.н.е. е α \u003d 90 ° - φ. След това показанията на ватметъра 4

За да се изчисли реактивната мощност на трифазна трипроводна верига със симетрично натоварване, е необходимо показанията на ватметъра да се умножат по

:

Измерване на енергията в променливотокови вериги... В вериги с променлив ток за измерване на активната енергия се използват еднофазни и трифазни броячииндукционна система. За измерване на активна енергия в еднофазни и трифазни вериги еднофазните измервателни уреди се включват по схеми, подобни на тези за включване на ватметри (виж фиг. 10.3 и 10.5). В трижилни трифазни вериги за измерване на активна енергия, двуелементни комбиниращи измервателни системи от две еднофазни измервателни уреди (фиг. 10.9).

За измерване на активна енергия в четирижилни вериги на трифазен ток се използват триелементни измервателни уреди.

Реактивна енергия W P както със симетрични, така и с небалансирани натоварвания в трифазна верига се измерват с трифазни индукционни измерватели на реактивна енергия. При симетрично натоварване в трипроводна трифазна верига реактивната мощност може да бъде измерена с помощта на два еднофазни брояча. За да направите това, те са включени във веригата, като ватметри, съгласно диаграмата на фиг. 10.5. Реактивната енергия е равна на разликата между показанията на брояча, умножена по

.

В момента е необходимо да се измерват постояннотокова мощност и енергия, активна мощност и променлив ток еднофазни и трифазен ток, реактивна мощност и трифазна енергия с променлив ток, моментна стойност на мощността, както и количеството електричество в много широк диапазон.

Електрическата мощност се определя от работата, извършена от източника на електромагнитното поле за единица време.

Активна (погълната от електрическата верига) мощност

P а \u003d UIcos \u003e \u003d I 2  R \u003d U 2 / R,(1)

където U, Аз - ефективни стойности напрежение и ток;  - ъгъл на изместване на фазата.

Реактивна мощност

R r = UIsin = Аз 2 х. (2)

Пълна мощност

P н = Потребителски интерфейс= PZ. Тези три вида мощност са свързани с израза

P \u003d (P и 2 + P 2 r ) (3)

Така че мощността се измерва в рамките на 1 W ... 10 GW (в постояннотокови и еднофазни вериги с променлив ток) с грешка от ± (0,01 ... 0,1)% и при микровълнова честота - с грешка от ± (1 ... пет)%. Реактивната мощност от единици var към MVar се измерва с грешка от ± (0,1 ... 0,5)%.

Обхватът на измерване на електрическата енергия се определя от обхвата на измерване на номинални токове (1 nA ... 1O kA) и напрежения (1 μV ... 1 MB), грешката на измерване е ± (0,1 ... 2,5)%.

Измерването на реактивната енергия представлява интерес само за промишлени трифазни вериги.

Измерване на мощността в постояннотокови вериги.При косвено измерване на мощността се използват методът на амперметър и волтметър и методът на компенсация.

Метод на амперметър и волтметър. В този случай устройствата се включват по две схеми (фиг. 1).

Методът е прост, надежден, икономичен, но има редица съществени недостатъци: необходимостта да се вземат показания за двама

Фигура: .1. Вериги за измерване на мощността според показанията на волтметър и амперметър за малки (а) и големи б)съпротивления на натоварване

устройства; необходимостта от извършване на изчисления; ниска точност поради сумирането на грешката на инструмента.

Мощност R х , изчислено от показанията на уредите (фиг. 1а), има формата

Това е повече от действителната стойност на консумираната мощност в товара P n от стойността на консумираната мощност на волтметъра R v , т.е. P n \u003d R х - R v .

Грешката при определяне на мощността в товара е колкото по-малка, толкова повече входен импеданс волтметър и по-малко съпротивление на натоварване.

Мощност R х , изчислява се според показанията на устройствата (фиг. 1, б),имаме формата

Тя е по-голяма от действителната стойност на консумираната мощност на товара със стойността на консумираната мощност от амперметъра R И . Методическата грешка е колкото по-малка, толкова по-ниско е входното съпротивление на амперметъра и толкова по-голямо е съпротивлението на натоварването.

Метод на компенсация. Този метод се използва, когато се изисква висока точност на измерването на мощността. Компенсаторът от своя страна измерва тока на товара и спада на напрежението в товара. Измерената мощност се определя по формулата

P= U н Аз н . (4)

При директното измерване активната мощност се измерва чрез електромеханични (електродинамични и феродинамични системи), цифрови и електронни ватметри.

Електродинамичните ватметри се използват като преносими устройства за точни измервания на мощността (клас 0,1 ... 2,5) в постояннотокови и променливи вериги с честота до няколко хиляди херца.

Феродинамичните панелни волтметри се използват в променливотокови вериги с индустриална честота (клас 1,5 ... 2,5).

В широк честотен диапазон се използват цифрови ватметри, основата

съставят различни преобразуватели на мощност (например термоелектрически), DCT, микропроцесор и централен контролен център. При цифровите ватметри са осигурени автоматичен избор на граници на измерване, самокалибриране и външен интерфейс.

За измерване на мощността във високочестотни вериги се използват и специални и електронни ватметри.

Измервателите на реактивна мощност (варметри) се използват за измерване на реактивна мощност при ниски честоти, при които чрез използване на специални схеми отклонението на подвижната част на електродинамичния MI е пропорционално на реактивната мощност.

Включването на електромеханични ватметри директно в електрическата верига е допустимо при токове на натоварване, които не надвишават 10 ... 20 A и напрежения до 600 V. Измерването на мощността при токове с високо натоварване и във вериги с високо напрежение се извършва от ватметър с измервателни токови трансформатори TAи напрежение Телевизор(фиг..2).

Измерване на активната мощност в трифазни токови вериги.Метод на един ватметър. Този метод се използва само в симетрична система с равномерно фазово натоварване, със същите фазови ъгли между векторите Аз и U и с пълна симетрия на напрежение (фиг..3).

Фиг. 3. Схеми за свързване на ватметър към трифазна трипроводна верига с пълна симетрия на товарната връзка:

и- звезда; б -триъгълник; в ~ -с изкуствена нулева точка

Фиг. 4. Схеми за свързване на два ватметра в трифазна верига: и- в 1-ви и 3-ти; б- в 1-ви и 2-ри; в- във 2-ри и 3-ти

На фиг. .3, инатоварването е свързано със звезда и е налична нулевата точка. На фиг. 3, бнатоварването е свързано делта, ватметърът е във фаза. На фиг. .3, внатоварването е делта, свързано с изкуствена нулева точка. Създава се изкуствена нулева точка с помощта на два резистора, всеки от които е равен на съпротивлението на веригата за намотка на напрежение на ватметъра (обикновено се посочва в листа с данни за ватметъра).

Показанията на ватметъра ще съответстват на мощността на една фаза и на мощността на цялата трифазна мрежа и в трите случая на включване на устройството ще бъде равна на мощността на една фаза, умножена по три:

P \u003d3 P w

Метод на два ватметра. Този метод се използва в трифазна трипроводна верига, независимо от схемата на свързване и естеството на товара, както със симетрия, така и с асиметрия на токове и напрежения. Асиметрията е система, при която силите на отделните фази са различни. Токовите намотки на ватметрите са свързани към произволни две фази, а намотките за напрежение са свързани към линейни напрежения (фиг. 4).

Привидната мощност може да бъде изразена като сбор от показанията на двата ватметра. Така че, за веригата, показана на фиг. 4, и,

където  1 е фазовият ъгъл между тока Аз 1 и линейно напрежение U 12,  2 - фазов ъгъл между тока Аз 3 и линейно напрежение U 32 . В конкретен случай, при симетрична система на напрежение и едно и също фазово натоварване  1, \u003d 30 ° -  и  2 \u003d 30 ° - , показанията на ватметрите ще бъдат:

При активно натоварване ( \u003d 0) показанията на ватметрите ще бъдат еднакви, тъй като P W ] = P W 2 IUcos30 °.

При товар с ъгъл на срязване cp \u003d 60 °, показанията на втория ватметър са нула, тъй като P W 2 = IUcos (30 ° + ) \u003d IUcos (30 ° + 60 °) \u003d 0, като в този случай мощността на трифазната верига се измерва с един ватметър.

При товар с ъгъл на преместване \u003e 60 °, мощността, измерена от втория ватметър, ще бъде отрицателна, тъй като (30 ° + ) е по-голяма от 90 °. В този случай движещата се част на ватметрите ще се завърти в обратна посока. За отчитане е необходимо да се промени фазата на тока в една от ватметричните вериги на 180 °. В този случай мощността на трифазната токова верига е равна на разликата между показанията на ватметрите

Метод от три вата. За измерване на мощността на трифазна верига с небалансиран товар се включват три ватметра и общата мощност в присъствието на неутрален проводник ще бъде равна на аритметичната сума на показанията на три ватметра. В този случай всеки ватметър измерва мощността на една фаза, показанията на ватметъра, независимо от естеството на товара, ще бъдат положителни (паралелната намотка се включва към фазовото напрежение, т.е. между линейния проводник и нулата). Ако нулевата точка не е налична и неутрален проводник отсъства, тогава паралелните вериги на устройствата могат да образуват изкуствена нулева точка, при условие че съпротивленията на тези вериги са равни помежду си.

Измерване на реактивна мощност в еднофазни и трифазни вериги.Въпреки факта, че реактивната мощност не определя нито извършената работа, нито предадената енергия за единица време, нейното измерване също е важно. Наличието на реактивна мощност води до допълнителни загуби на електрическа енергия в далекопроводи, трансформатори и генератори. Реактивната мощност се измерва в реактивни волтови ампери (var) както в еднофазни, така и в трифазни три- и четирижилни вериги на променлив ток чрез електродинамични и феродинамични или специално проектирани ватметри за измерване на реактивната мощност. Разликата между реактивния ватметър и конвенционалния е, че той има сложна паралелна верига за получаване на фазово изместване от 90 °

между векторите на ток и напрежение на тази верига. Тогава отклонението на подвижната част ще бъде пропорционално на реактивната мощност R r = UIsin . Реактивните ватметри се използват главно за лабораторни измервания и проверка на реактивни измервателни уреди.

Реактивната мощност в трифазна симетрична верига може да бъде измерена и с активен ватметър: за това текущата намотка е свързана последователно към фаза A, намотката на напрежението е между фази B и C.

Измерване на мощността във високочестотни вериги.За тази цел могат да се използват както директни, така и косвени измервания, а в някои случаи непряките измервания могат да бъдат за предпочитане, тъй като понякога е по-лесно да се измери токът и напрежението върху товара, отколкото директно захранването. Директното измерване на мощността във високо и високочестотни вериги се извършва от термоелектрически, електронни ватметри, ватметри, базирани на ефекта на Хол, и цифрови ватметри.

Косвени измервания се извършват с помощта на осцилоскопен метод. Използва се главно, когато веригата се захранва от несинусоидално напрежение, при високи честоти, източници на напрежение с ниска мощност и др.

Измерване на енергията в еднофазни и трифазни вериги.Енергията се измерва с електромеханични и електронни електромери. Електронните измервателни уреди за електрическа енергия имат по-добри метрологични характеристики, по-голяма надеждност и са обещаващи средства за измерване на електрическата енергия.

4. Измерване на фаза и честота

Фазата характеризира състоянието на хармоничния сигнал в определен момент от времето т. Фазов ъгъл в началния момент от времето (начало), т.е. в т = 0, наречен нула(начално) фазово изместване.Фазовата разлика  обикновено се измерва между ток и напрежение или между две напрежения. В първия случай те по-често се интересуват не от самия фазов ъгъл, а от стойността на cos или фактора на мощността. Cos е косинусът на ъгъла, под който токът на товара води или изостава от напрежението, приложено към този товар. Фазово изместване два хармонични сигнала с една и съща честота се наричат \u200b\u200bмодул на разликата между началните им фази  \u003d |  1 -  2 |. Фазовото изместване  не зависи от времето, ако първоначалните фази  1 и  2 останат непроменени. Фазовата разлика се изразява в радиани или градуси.

Методи за измерване на фазовия ъгъл.Тези методи зависят от честотния диапазон, нивото и формата на сигнала, от необходимата точност и наличието на измервателни уреди. Разграничаване на непреки и директни промени във фазовия ъгъл.

Непряко измерване. Това измерване на фазовия ъгъл между напрежението U и ток Аз в товар в еднофазни вериги

проведено с помощта на три устройства - волтметър, амперметър и ватметър (фиг. 5). Ъгълът  се определя чрез изчисление от намерената стойност на cos:

Методът обикновено се използва на индустриална честота и осигурява ниска точност поради методологичната грешка, причинена от собственото потребление на устройствата, той е доста прост, надежден и икономичен.

В трифазна симетрична верига стойността на cos може да се определи чрез следните измервания:

мощност, ток и напрежение на една фаза;

измерване на активната мощност по метода на два ватметра;

измерване на реактивната мощност по метода на два ватметра с изкуствена неутрална точка.

Сред осцилографските методи за измерване на фазата най-широко се използват методите на линейно размахване и елипса. Осцилографският метод, който позволява наблюдение и фиксиране на разследвания сигнал по всяко време, се използва в широк честотен диапазон в схеми с ниска мощност с груби измервания (5 ... 10%). Методът на линейно размахва включва използването на двулъчев осцилоскоп, върху хоризонталните плочи, на който се прилага линейно напрежение на размахване, а върху вертикалните плочи - напрежението, между което се измерва фазовото изместване. За синусоидални криви на екрана получаваме изображение на две напрежения (фиг. 6, и)и според измерените сегменти AB и AC се изчислява ъгълът на изместване между тях

където AB е сегментът между съответните точки на кривите, когато преминават през нула по оста х; АС - сегмент, съответстващ на периода.

Грешка в измерването  х зависи от грешката на вземане на проби и фазовата грешка на осцилоскопа.

Ако вместо линейно размахване се използва синусоидално напрежение за почистване, тогава получените на екрана на равни честоти фигури на Лисажу придават формата на елипса на екрана на осцилоскопа (фиг. 6б). Ъгъл на срязване  x \u003d arcsin (AB / VG).

Този метод ви позволява да измервате x в рамките на 0 90 около, без да определяте знака на фазовия ъгъл.

Грешката при измерване  x също се определя от грешката при четене

Фиг..6. Криви, получени на екрана на двулъчев осцилоскоп: с линеен (и)и синусоидално (б) почистване

и несъответствия във фазовите отмествания на каналите X и Y. осцилоскоп.

Използването на AC компенсатор с калибриран фазов превключвател и електронен осцилоскоп като индикатор за равенство на фазите позволява доста точно измерване на фазовия ъгъл. Грешката на измерване в този случай се определя главно от грешката на използвания фазопреобразувател.

Директно измерване. Директното измерване на ъгъла на фазовото изместване се извършва с помощта на електродинамични, феродинамични, електромагнитни, електронни и цифрови фазомери. Най-често използваните електромеханични фазомери са електродинамичните и електромагнитните коефициенти на фазометри. Скалата за тези устройства е линейна. Те се използват в честотния диапазон от 50 Hz до 6 ... 8 kHz. Класове на точност - 0,2; 0,5. Те се характеризират с висока консумация на енергия 1 (5 ... 10 W).

В трифазна симетрична верига измерването на фазовия ъгъл  или cos се извършва чрез еднофазни или трифазни фазомери.

Цифровите фазомери се използват във вериги с ниска мощност в честотния диапазон от Hz до 150 MHz, класове на точност - 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,5; 1.0. При електронното броене на цифрови фазомери, фазовото изместване между две напрежения се преобразува във времеви интервал, изпълнен с импулси със стабилна честота с определен период, които се отчитат от електронен брояч на импулси. Компонентите на грешките на тези устройства: грешка в дискретността, грешка на стабилен честотен генератор, грешка, която зависи от точността на формирането и предаването на интервала от време.

Методи за измерване на честотата.Честотата е една от най-важните характеристики на партидния процес. Определя се от броя на пълните цикли (периоди) на промяна на сигнала за единица време. Обхватът на честотите, използвани в технологията, е много голям и варира от фракции херци до десетки. Целият честотен спектър е разделен на два диапазона - нисък и висок.

Ниски честоти: инфразвукови - под 20 Hz; звук - 20 ... 20 000 Hz; ултразвук - 20 ... 200 kHz.

Високи честоти: високи - от 200 kHz до 30 MHz; ултрависоко - 30 ... 300 MHz.

Следователно изборът на метода за измерване на честотата зависи от обхвата на измерваните честоти, необходимата точност на измерване, големината и формата на напрежението на измерената честота, мощността на измервания сигнал, наличието на измервателни уреди и т.н.

Директно измерване. Методът се основава на използването на електромеханични, електронни и цифрови честотомери.

Електромеханичните честотомери използват измервателния механизъм на електромагнитни, електродинамични и феродинамични системи с директно отчитане на честотата по скалата на коефициент на съотношение. Те са прости по дизайн и експлоатация, надеждни и имат доста висока точност. Те се използват в честотния диапазон от 20 до 2500 Hz. Класове на точност - 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2.5.

Електронните честотомери се използват за измервания в честотния диапазон от 10 Hz до няколко мегагерца, с нива на входния сигнал 0,5 ... 200 V. Те имат голям входен импеданс, който гарантира ниска консумация на енергия. Класове на точност - 0,5; 1.0 и по-долу.

Цифровите честотомери се използват за много точни измервания в диапазона 0,01 Hz ... 17 GHz. Източниците на грешки са грешката от дискретността и нестабилността на кристалния осцилатор.

Мостов метод. Този метод за измерване на честотата се основава на използването на честотно зависими AC мостове, доставени с напрежението на измерената честота. Най-често срещаната мостова верига за измерване на честотата е капацитивен мост. Методът за измерване на честотата на моста се използва за измерване на ниски честоти в диапазона 20 Hz ... 20 kHz, грешката на измерването е 0,5 ... 1%.

Непряко измерване. Методът се извършва с помощта на осцилоскопи: чрез интерференционни фигури (фигури на Lissajous) и кръгово размахване. Методите са прости, удобни и достатъчно точни. Те се използват в широк честотен диапазон от 10 Hz ... 20 MHz. Недостатъкът на метода на Lissajous е сложността на декодирането на цифрите, когато съотношението на цифрите е повече от 10 и следователно грешката при измерване се увеличава поради установяването на истинското съотношение на честотата. При метода на кръговото размах грешката на измерването се определя главно от грешката на квантуване на основната честота.

МЕТОДИ И ИНСТРУМЕНТИ ЗА ИЗМЕРВАНЕ НА ПАРАМЕТРИТЕ НА ИЗМЕРВАТЕЛНИТЕ СХЕМИ