Matja e fuqisë së rrymës elektrike të drejtpërdrejtë. 2102. Matja e energjisë dhe energjisë elektrike

Plani i Punës

Metoda të ndryshme të matjes së energjisë dhe metodat e lidhjes së pajisjeve në qarqe rrymë e vazhdueshme.

Analiza e rezultateve të matjes.

Dispozitat themelore teorike

Fuqia është një sasi fizike e barabartë me punën e kryer për njësi të kohës, e cila është ekuivalente me shpejtësinë e ndryshimit në energjinë e sistemit. Në veçanti, fuqia elektrike është një sasi që karakterizon shpejtësinë e transferimit ose shndërrimit të energjisë elektrike në lloje të tjera të energjisë, për shembull, mekanike, termike, të lehta, etj.

Fuqia DCpërcaktohet nga shprehja P = UI, ku U - tension, aplikuar në ngarkesë, V, Une – rryma që rrjedh përmes ngarkesës, A. Njësia e matjes fuqia elektrike është vat (W). Nga ekuacioni i mësipërm del se fuqia P mund të përcaktohet indirekt duke matur tensionin me një voltmetër U në ngarkesë dhe ampermetër - rryma Une, që rrjedh përmes ngarkesës. Shumëzimi i rezultateve të matjes U dhe Une, marrim vlerën e fuqisë.

Në fig. 1 tregon dy skema për ndezjen e një voltmetri dhe një ampermetri. Zgjedhja e një skeme të veçantë është për shkak të gabimit të lejuar të matjes metodologjike. Gabimi varet nga përputhshmëria e rezistencave të brendshme të pajisjeve me rezistencën e ngarkesës R n .

Figura: 1 Qarqet e matjes së energjisë

në një qark DC.

Skema fig. 1 dhe vlen kur rezistenca e ngarkesës R n shumë më pak rezistencë e voltmetrit R në ; dhe diagrami në Fig. 1 b - kur rezistenca e ngarkesës R n shumë më shumë rezistencë ampermetër R a ... Nëse këto kushte neglizhohen dhe supozohet se R n = R në për qarkun në Fig. 1 dhe dhe R n = R a për qarkun në Fig. 1 b, atëherë gabimi relativ në matjen e energjisë do të jetë 100%.

Moreshtë më i përshtatshëm për të matur fuqinë me një pajisje - një wattmetër. Për të përcaktuar fuqinë, vatmetri ka nevojë për informacion në lidhje me rrymën dhe tensionin, dhe duhet të jetë në gjendje t'i shumëzojë ato. Një pajisje e tillë është një wattmetër elektrodinamik, i përbërë nga një spirale lëvizëse e vendosur brenda një spiralje të palëvizshme.

Tensioni i ngarkesës është i lidhur me spiralin në lëvizje, dhe rryma e ngarkesës kalon përmes spirales fikse. Ndërveprimi i fushave magnetike të mbështjellësve bën që spiralja lëvizëse të rrotullohet përmes një këndi proporcional me fuqinë. Drejtimi i rrotullimit varet nga drejtimi i rrymave në mbështjellje, prandaj është e nevojshme ta përfshini atë në qark në mënyrë që fillimi i mbështjelljeve të mbështjellësve të lidhet me anën e burimit të energjisë (gjeneratorit). Në terminalet e vatmetrit, fillimet e mbështjelljeve shënohen me një yll (* U dhe * Une) Ata quhen pirgë gjeneratorësh. Nëse pirgja e gjeneratorit aktual është e lidhur gabimisht në drejtim të ngarkesës, atëherë shigjeta e pajisjes do të devijojë majtas nga shenja zero dhe leximi do të jetë i pamundur. Morseta e gjeneratorit të mbështjelljes së tensionit, në mënyrë që të zvogëlojë gabimin e matjes, mund të ndizet sipas diagramit në Fig. 2 dhe ose fig. 2 b.

Figura: 2 Skema për lidhjen e një wattmetër në një qark DC.

Skema fig. 2 a përdoret kur rezistenca e ngarkesës R n shumë më shumë rezistencë e qarkut aktual të vatmetrit R a ; dhe diagrami në Fig. 2 b - kur rezistenca e ngarkesës R n shumë më pak rezistencë e qarkut të tensionit të vatmetrit R në ... Rezistencat e qarqeve të tensionit dhe rrymës tregohen në thirrësin e pajisjes. Wattmetri është projektuar në mënyrë të tillë që qarku në Fig. 2 dhe.

Matja e energjisë. Në qarqet DC, fuqia matet me një wattmetër elektro- ose ferrodinamik. Fuqia gjithashtu mund të llogaritet duke shumëzuar vlerat e rrymës dhe tensionit të matura me një ampermetër dhe një voltmetër.

Në zinxhirë rryma njëfazore matja e energjisë mund të kryhet me një wattmetër elektrodinamik, ferrodinamik ose induktiv. Wattmetri 4 (Fig. 336) ka dy mbështjellje: rryma 2, e cila është e lidhur me qarkun në seri dhe voltazhi 3, i cili është i lidhur me qark paralelisht.

Wattmetri është një pajisje që kërkon polaritetin e saktë kur ndizet, prandaj pirgët e gjeneratorit të tij (pirgët me të cilët lidhen përcjellësit që vijnë nga ana e burimit 1) shënohen me yje.

Figura: 336. Qarku për matjen e fuqisë

Për të zgjeruar kufijtë e matjes së wattmetrave, mbështjellësit e tyre aktualë janë të lidhur në qark duke përdorur shunta ose transformatorë matës të rrymës, dhe mbështjellësit e tensionit janë të lidhur përmes rezistencave shtesë ose transformatorëve të tensionit matës.

Matja e energjisë elektrike. Metoda e matjes... Për të llogaritur energjinë elektrike të marrë nga konsumatorët ose të dhënë nga burimet aktuale, përdoren njehsorët e energjisë elektrike. Matësi i energjisë elektrike në parim është i ngjashëm me një vatëmatës. Sidoqoftë, në kontrast me wattmetrat, në vend të një pranvere spirale, e cila krijon një moment kundër, një pajisje sigurohet në metra, e ngjashme me një amortizues elektromagnetik, i cili krijon një forcë frenimi proporcionale me shpejtësinë e rrotullimit të sistemit lëvizës. Prandaj, kur pajisja është e lidhur me një qark elektrik, çift rrotullimi që rezulton nuk do të shkaktojë një devijim të sistemit lëvizës nga një kënd i caktuar, por rrotullimin e tij në një frekuencë të caktuar.

Numri i rrotullimeve të pjesës në lëvizje të pajisjes do të jetë proporcional me produktin e energjisë rryme elektrike për kohën gjatë së cilës vepron, domethënë sasinë e energjisë elektrike që kalon përmes pajisjes. Numri i rrotullimeve të counter është fiksuar nga një mekanizëm counter. Raporti i ingranazhit të këtij mekanizmi zgjidhet në mënyrë që, sipas leximeve të numëruesit, jo revolucionet, por drejtpërdrejt energjia elektrike në kilovat-orë të mund të llogaritet.

Më të përhapurit janë njehsorët ferrodinamikë dhe induktivë; e para përdoren në qarqet DC, e dyta - në qarqet rryma alternative... Matësit e energjisë elektrike përfshihen në qarqet elektrike AC dhe DC në të njëjtën mënyrë si wattmetrat.

Banak ferrodinamik (Fig. 337) vendosur në e. fq nga. rrymë e vazhdueshme. Ajo ka dy mbështjellje: një fiks 4 dhe një të lëvizshëm 6. Spiralja e rrymës fikse 4 ndahet në dy pjesë, të cilat mbulojnë bërthamën ferromagnetike 5 (zakonisht të perzierjes). Kjo e fundit ju lejon të krijoni një fushë të fortë magnetike dhe çift rrotullues të konsiderueshëm në pajisje, i cili siguron funksionimin normal të njehsorit në kushtet e lëkundjes dhe dridhjes. Përdorimi i permalloy ndihmon në zvogëlimin e gabimit të mekanizmit të numërimit 2 nga histereza e sistemit magnetik (ka një lak shumë të ngushtë histerezie).

Për të zvogëluar ndikimin e fushave të jashtme magnetike në leximet e njehsorëve, flukset magnetike të pjesëve individuale të spirales aktuale kanë një drejtim reciprokisht të kundërt (sistemi astatik). Në këtë rast, fusha e jashtme, duke dobësuar fluksin e një pjese, në përputhje me rrethanat rrit fluksin e pjesës tjetër dhe ka një efekt përgjithësisht të vogël në çift rrotullues që rezulton i krijuar nga pajisja. Spiralja lëvizëse 6 e banakut (spiralja e tensionit) ndodhet në një armaturë të bërë në formën e një disku të bërë nga materiali izolues ose në formën e një tas alumini. Spiralja përbëhet nga seksione të veçanta të lidhura me pllakat e kolektorit 7 (këto lidhje nuk janë treguar në Fig. 337), përgjatë së cilës rrëshqasin furçat e bëra me pllaka të holla argjendi.

Matësi ferrodinamik punon në parim si një motor i rrymës së drejtpërdrejtë, mbështjellja e armaturës e së cilës është e lidhur paralelisht dhe dredha-dredha e ngacmimit - në seri me konsumatorin e energjisë elektrike. Armatura rrotullohet në një boshllëk ajri midis poleve të bërthamës. Çift rrotullimi i frenimit krijohet si rezultat i ndërveprimit të rrjedhës së magnetit të përhershëm 1 me rrymat e mprehta që dalin në diskun e aluminit 3 gjatë rrotullimit të tij.

Për të kompensuar ndikimin e momentit të fërkimit dhe në këtë mënyrë të zvogëlohen gabimet e pajisjes në njehsorët ferrodinamikë, instalohet një spirale kompensimi ose vendoset një petal i bërë nga përlidhje në fushën magnetike të një spiralje të palëvizshme (aktuale), e cila ka një përshkueshmëri të lartë magnetike në forcë të ulët të fushës. Në ngarkesa të lehta, ky lob amplifikon fluksin magnetik të spiralës aktuale, duke rezultuar në rritjen e çift rrotullues dhe kompensimin e fërkimit. Me induksionin e ngarkesës në rritje fushë magnetike spiralja rritet, petali është i ngopur dhe efekti i tij kompensues pushon të rritet.

Kur banaku po funksionon në e. fq nga. janë të mundshme goditje dhe ndikime të forta, në të cilat furçat mund të kërcejnë nga pllakat e kolektorit. Kjo do të krijojë shkëndija nën furçat. Për ta parandaluar atë, kondensatori C dhe rezistenca R1 përfshihen midis furçave. Kompensimi i gabimit të temperaturës kryhet duke përdorur një termistor RT (një pajisje gjysmëpërçuese rezistenca e së cilës varet nga temperatura). Isshtë ndezur së bashku me një rezistencë shtesë R2 paralelisht me mbështjellësin në lëvizje. Për të zvogëluar ndikimin e lëkundjeve dhe dridhjeve në funksionimin e njehsorëve, ato instalohen në e. fq nga. në amortizues gome-metali.

Banak induksioni ka dy elektromagnet (Fig. 338, a), midis të cilave ekziston një disk alumini 7. Çift rrotullimi në pajisje krijohet si rezultat i ndërveprimit të flukseve magnetike alternative F1 dhe F2, të krijuara nga mbështjellësat e elektromagnetëve, me rryma të mprehta I в1 dhe I в2, të indukuara prej tyre në alumin disk (si në një mekanizëm konvencional të matjes së induksionit, shih § 99).

Në një njehsor induksioni, momenti rrotullues M duhet të jetë proporcional me fuqinë P \u003d UIcos?. Për këtë, spiralja 6 e njërit prej elektromagnetëve (rryma) është e lidhur në seri me ngarkesën 5, dhe spiralja 2 e tjetrës (spiralja e tensionit) është e lidhur paralelisht me ngarkesën. Në këtë rast, fluksi magnetik F1 do të jetë proporcional me rrymën I në qarkun e ngarkesës, dhe fluksi F2 do të jetë proporcional me tensionin U të aplikuar në ngarkesë. Për të siguruar këndin e kërkuar të fazës? midis rrjedhave F1 dhe F2 (në mënyrë që sin? \u003d cos?), sigurohet një devijim magnetik 3 në elektromagnetin e spiralës së tensionit, përmes së cilës mbyllet pjesa e rrjedhës F2

Figura: 337. Metër ferrodinamik i energjisë elektrike

Figura: 338. Matës i energjisë elektrike induktive

përveç diskut 7. Këndi i fazës ndërmjet rrjedhave F1 dhe F2 kontrollohet saktësisht duke ndryshuar pozicionin e mburojës metalike 1 që ndodhet në shtegun e degëzimit të rrjedhës përmes shuntit magnetik 3.

Çift rrotullimi i frenimit gjenerohet në të njëjtën mënyrë si në një numërues ferrodinamik. Momenti i fërkimit kompensohet duke krijuar një asimetri të lehtë në qarkun magnetik të njërit prej elektromagnetëve duke përdorur një vidë çeliku.

Për të parandaluar rrotullimin e armaturës në mungesë të një ngarkese nën veprimin e forcës së krijuar nga pajisja kompensuese e fërkimit, një akses frenash çeliku është bashkangjitur në boshtin e njehsorit. Kjo goditje tërhiqet nga magneti i frenimit 4, duke parandaluar që sistemi i lëvizshëm të rrotullohet pa ngarkesë.

Kur banaku po punon nën ngarkesë, grepa e frenave praktikisht nuk ndikon në leximet e saj.

Në mënyrë që disk-counter të rrotullohet në drejtimin e kërkuar, është e nevojshme të vëzhgoni një rend të caktuar të lidhjes së telave në terminalet e tij. Kapëset e ngarkesës së pajisjes, në të cilën lidhen telat që vijnë nga konsumatori, shënohen me shkronjat I (Fig. 338, b), pirgët e gjeneratorit, në të cilin lidhen telat nga burimi aktual ose nga rrjeti i rrymës alternative, me shkronjat D.

Tema: si të matni fuqinë elektrike, metodat, metodat e llogaritjes.

Çfarë është fuqia? A ju kujtohet nga mësimet e fizikës në shkollë? Kjo sasia fizike shpreh punën e bërë për një periudhë të caktuar kohe. Në përgjithësi, fuqia mund të shprehet si shpejtësia e ndryshimit në energjinë e një sistemi të veçantë. Në lidhje me fuqinë elektrike, kjo shprehje do të ketë një formë tjetër: një madhësi fizike që përcakton shpejtësinë e shndërrimit ose transmetimit të energjisë elektrike. Formula për energji elektrike është edhe më e thjeshtë se fjalët e folura - P \u003d U × I. Kjo është, është e barabartë me tensionin e shumëzuar me rrymën. Prandaj, matjet e energjisë elektrike do të bëhen sipas këtij parimi.

Për të kryer matjet e energjisë elektrike në praktikë, përdoren dy. E para do të jetë përdorimi i një pajisjeje speciale matëse të quajtur wattmeter (për matjen e energjisë DC) dhe varmetrit (për matjen e energjisë AC). Metoda e dytë është më e zakonshme në mesin e elektricistëve dhe është indirekte. Kjo është një matje e zakonshme e vlerave bazë të rrymës dhe tensionit dhe pastaj shumëzimit të tyre. Për shembull, në një motor elektrik të përhershëm, një mbishkrim u fshi në të cilën fuqia elektrike nominale e kësaj motor elektrik... Çfarë të bëjmë? Ne e marrim atë dhe e lidhim këtë motor me furnizimin me energji elektrike. Tjetra, ne matim tensionin në terminalet e hyrjes dhe fuqinë aktuale që rrjedh aktualisht. Ne shumëfishojmë të parën me të dytën, dhe si rezultat marrim fuqinë elektrike mesatare të këtij motori elektrik.

Matja e energjisë elektrike duke përdorur pajisje elektrike mund të gjendet më shumë në laboratorë të veçantë të matjes, punëtori prodhuese, zyra zhvillimi, etj. Në praktikë, rrallë ka nevojë për të matur energjinë duke përdorur pajisje speciale. Në lidhje me klasifikimin e wattmeters. Ato mund të ndahen në tre tipe kryesore (sipas qëllimit dhe diapazonit të frekuencës): rryma e drejtpërdrejtë (frekuenca e ulët), radio frekuenca dhe optika. Në varësi të versionit të drejtpërdrejtë të transformimit funksional të informacionit (matjes) dhe daljes së tij pasuese, vatmetrat janë analoge dhe dixhitale. Për nevoja elektrike, më i përshtatshmi është lloji i parë - me frekuencë të ulët (rrymë e drejtpërdrejtë). Ata janë ata që matin fuqinë elektrike në sistemet e energjisë.

Wattmetrat DC (dhe varmetrat e rrymës me frekuencë të ulët) përdoren kryesisht në rrjeteve elektrike furnizimi me energji i frekuencës industriale (50Hz) për matjen e energjisë elektrike të konsumuar. Ato janë njëfazore dhe trefazore. Varmetrat përbëjnë një grup të veçantë - njehsorët e energjisë elektrike reaktive. Pajisjet elektronike dixhitale zakonisht kombinojnë matje, si aktive ashtu edhe fuqia reaktive... Wattmetrat analog (tip konstant dhe me frekuencë të ulët) të një sistemi ferrodinamik ose elektrodinamik kanë dy mbështjellje bakri në pajisjen e tyre, njëra është e lidhur në seri me ngarkesën elektrike dhe tjetra është paralele me të. Ndërveprimi i fushave elektromagnetike të këtyre mbështjellësve gjeneron një çift rrotullues që lëviz gjilpërën e pajisjes matëse.

Për të matur fuqinë elektrike me instrumente, ato janë të lidhura si më poshtë. Siç e dimë, voltazhi në qarqet elektrike matet paralelisht me qarkun, dhe për të matur fuqinë e rrymës, bëhet e nevojshme të prishet seksioni i drejtpërdrejtë i qarkut në të cilin bëhet matja. Nëse për të marrë energji elektrike është e nevojshme të shumëzoni tensionin me fuqinë e rrymës, atëherë matjet me instrumentet bëhen sipas të njëjtit parim si matja e veçantë e rrymës dhe tensionit. Prandaj, wattmetri është i lidhur në të njëjtën kohë, si në një boshllëk qark elektrik, dhe paralelisht.

Matja e energjisë.Në një qark DC, fuqia mund të matet me një ampermetër dhe voltmetër, meqenëse P \u003dUI. Sidoqoftë, mund të matet më saktë drejtpërdrejt nga elektrodinamika vatëmatës(fig.10.3). Përbëhet nga një spiral me rezistencë të ulët, i lidhur, si ampermetër, në seri dhe i quajtur dredha aktuale,dhe një spirale lëvizëse me rezistencë të lartë, e lidhur paralelisht dhe e thirrur mbështjellja e tensionit.

Çift rrotullimi i vatmetrit është proporcional me produktin e rrymave në mbështjellje:

ku unë jam rryma në spiralën e palëvizshme, praktikisht e barabartë me rrymën e ngarkesës; Unë U = U/ r U - rryma në spiralën lëvizëse, d.m.th. në mbështjelljen e tensionit; r U - rezistenca e qarkut të spirales në lëvizje. Prandaj,

(10.5)

ku NGA -koeficienti i proporcionalitetit.

Kështu, çift rrotullimi i vatmetrit është proporcional me fuqinë dhe shkalla e tij mund të kalibrohet direkt në vat ose kilovat.

Për të matur fuqinë aktive në qarqet e rrymës alternative, përdoren wattmetra të një sistemi elektrodinamik.

Matja e fuqisë aktive në një qark njëfazor. Një wattmetër elektrodinamik për matjen e fuqisë aktive në një qark AC njëfazor është ndezur në të njëjtën mënyrë si kur matni në një qark DC, domethënë, sipas skemës në Fig. 10.3. Që nga rryma I U në spiralja lëvizëse proporcionale me tensionin U dhe praktikisht përkon me të në fazë, dhe rryma I në spiralën e palëvizshme (dredha-dredha aktuale) është e barabartë me rrymën e ngarkesës, atëherë çift rrotulluesin e vatmetrit

ku C është koeficienti i proporcionalitetit.

Pra, momenti i rrotullimit të vatmetrit është proporcional me fuqinë aktive të matur R,dhe moment i kundërt M etj , proporcional me këndin e rrotullimit α të spirales në lëvizje (ose shigjetën e pajisjes). Prandaj, devijimi i shigjetës së pajisjes është proporcional me fuqinë e matur Rdhe, për këtë arsye, shkalla e vatmetrit është e graduar në vat ose kilovat.

Morsetë e mbështjelljes aktuale dhe mbështjelljes së tensionit të vatmetrit, të shënuar me yje dhe të thirrur grupe gjeneratorësh,duhet të lidhet me qarkun elektrik nga ana e burimit të energjisë.

Matja e fuqisë aktive në një qark trefazor. Në varësi të natyrës së ngarkesës dhe diagramit trefazor të qarkut, përdoren disa metoda të matjes së energjisë.

Me një ngarkesë simetrike, fuqia aktive në një qark trefazor mund të matet duke matur fuqinë në një fazë meduke përdorur një wattmetër të lidhur sipas diagramit në Fig. 10.4, a, b. Pas matjes, leximi

vatëmatës P w shumëzoni me 3: * "

(10.7)

Në një qark trefazor me tre tela, si me ngarkesa të ekuilibruara dhe të paekuilibruara dhe çdo metodë e lidhjes së konsumatorëve, fuqia aktive mund të matet duke përdorur dy vatëmatës(fig.10.5). Le të tregojmë se shuma algjebrike e leximeve të vatmetrave në këtë rast është e barabartë me fuqinë aktive Rnë një qark trefazor me tre tela.

Vlera e menjëhershme e energjisë e matur nga vatëmatësi i parë, f 1 \u003d u AB i A. Fuqia e menjëhershme e matur nga wattmetri i dytë, f. 2 \u003d u CB i C. Shuma e vlerave të menjëhershme të energjisë të matura nga dy wattmetra, p \u003df 1 + f 2 = u AB unë A + u CB unë C . .

Nëse tensionet e linjës dhe AB dhe u CB , në të cilën lidhen mbështjelljet e tensionit të vatmetrave, shprehen përmes tensioneve fazore u AB = u A - u B ; u cb = dhe nga - dhe në ,; atëherë p \u003d dhe DHE unë A - u B unë A + u c unë c - u B unë c ose p \u003du A unë A + u c unë c - dhe në (unë A + unë c) Meqenëse në një qark trefazor me tre tela unë A + unë B + unë C = 0, atëherë unë A + unë C = - unë B , , dhe shprehja përfundimtare e fuqisë e matur nga dy vatmetra,

Nga kjo shprehje rrjedh se fuqia totale e menjëhershme e matur nga dy vatëmatës është e barabartë me fuqinë aktive në një qark trefazor kur konsumatorët lidhen nga një yll. Arsyetim i ngjashëm mund të përsëritet për lidhjen e konsumatorëve me një trekëndësh, ndërsa merret i njëjti rezultat përfundimtar.

Fuqia aktive e një sistemi trefazor, e shprehur përmes vlerave efektive të tensioneve dhe rrymave dhe e matur me metodën e dy vatmetrave, është

ku R w 1 dhe P w 2 - leximet e wattmetrave.

Kur matni fuqinë aktive me metodën e dy vatmetrave për rastin e një ngarkese simetrike Une DHE = Une NË = Une NGA = Une l ; U AC \u003d U CB = U l .

Figura 10.6 tregon një diagram vektor të rrymave dhe tensioneve, i cili shpjegon matjen e fuqisë aktive duke përdorur

dy vatmetra për një ngarkesë simetrike të lidhur në një yll. Meqenëse në diagramin vektoror këndi α midis vektorëve U AB edhe une DHE është φ + 30 °, dhe këndi β midis vektorëve U CB dhe I C është φ - 30 °, atëherë fuqia e një sistemi trefazor me një ngarkesë simetrike

Nëse këndi i fazës φ< 60°, то, согласно (10.9), мощность, учитываемая ваттметрами, всегда положительна: R w1 = U L I L cos (φ + 30 °) dhe P w 2 = U L I L cos (φ - 30 °). Në φ \u003d 60 °, fuqia e treguar nga wattmetri i parë është zero: cos (60 ° + 30 °) \u003d 0. Në këtë rast, e gjithë fuqia në qark trefazor do të merret parasysh nga wattmetri i dytë. Në φ\u003e 60 °, fuqia e marrë në konsideratë nga wattmetri i parë bëhet negativ dhe fuqia totale e dy wattmetrave llogaritet duke marrë parasysh shenjën e fuqive të kësaj të fundit, si shumën e tyre algjebrike.

Në praktikë, për të lexuar fuqinë negative sipas leximeve të vatmetrit, është e nevojshme të ndryshoni drejtimin e rrymës në mbështjelljen e tensionit, për të cilin çelësi për drejtimin e rrymës në mbështjelljen e tensionit, i cili është në rastin e vatmetrit, duhet të kalojë nga "+" në "-".

Mund të matni fuqinë aktive në një qark trefazor me katër tela me një ngarkesë të paekuilibruar me tre vatëmatës (Figura 10.7). Meqenëse në këtë rast secila nga vatmetrat mat fuqinë aktive të një faze, atëherë fuqia në një qark trefazor me katër tela

ku R DHE , R B , P C - fuqitë aktive të fazës A, B, C.

Matja e fuqisë reaktive në një qark trefazor... Fuqia reaktive në një qark trefazor me tre tela me një ngarkesë simetrike mund të përcaktohet nga ndryshimi në leximet e vatmetrave (shih Fig .10.5):

ku është fuqia reaktive

Fuqia reaktive në një qark trefazor me tre tela me një ngarkesë simetrike mund të matet me një vatmetër (Fig. 10.8, dhe), dhe mbështjellja aktuale e vatmetrit përfshihet në telin linear DHE,dhe mbështjellja e tensionit - në tensionin e linjës U Para Krishtit (dmth., në tensionin e "dikujt tjetër"). Nga diagrami vektorial (Fig.10.8.6) mund të shihet që zhvendosja e fazës ndërmjet rrymës I A dhe tensioni U Para Krishtit është α \u003d 90 ° - φ. Pastaj leximet e vatmetrit 4

Për të llogaritur fuqinë reaktive të një qark trefazor me tre tela me një ngarkesë simetrike, është e nevojshme të shumëzoni leximet e vatmetrit me

:

Matja e energjisë në qarqet AC... Në qarqet AC, njëfazor dhe trefazor përdoren për të matur energjinë aktive sportelesistemi i induksionit. Për të matur energjinë aktive në qarqet njëfazore dhe trefazore, njehsorët njëfazorë ndizen sipas skemave të ngjashme me ato për ndezjen e vatmetrave (shih Fig. 10.3 dhe 10.5). Në qarqet trefazore me tre tela për të matur energjinë aktive, dy elemente kombinojnë sistemet matëse të dyve njehsorë njëfazorë (fig.10.9).

Për të matur energjinë aktive në qarqet trefazore me katër tela, përdoren njehsorë me tre elementë.

Energjia reaktive W P të dy me ngarkesa simetrike dhe të paekuilibruara në një qark trefazor maten nga njehsorët e energjisë reaktive me induksion trefazor. Me një ngarkesë simetrike në një qark trefazor me tre tela, fuqia reaktive mund të matet duke përdorur dy njehsorë njëfazorë. Për ta bërë këtë, ato përfshihen në qark, si wattmetra, sipas diagramit në Fig. 10.5. Energjia reaktive është e barabartë me ndryshimin midis leximeve të njehsorit shumëzuar me

.

Aktualisht, është e nevojshme të matet fuqia dhe energjia DC, fuqia aktive dhe AC njëfazore dhe rryma trefazore, fuqia reaktive dhe energjia e rrymës alternative trefazore, vlera e menjëhershme e energjisë, si dhe sasia e energjisë elektrike brenda një diapazoni shumë të gjerë.

Fuqia elektrike përcaktohet nga puna e bërë nga burimi i fushës elektromagnetike për njësi të kohës.

Fuqia aktive (e thithur nga qarku elektrik)

P a \u003d UIcos \u003e \u003d Unë 2  R \u003d U 2 / R,(1)

ku U, Une - vlerat efektive voltazhi dhe rryma;  - këndi i ndërrimit të fazës.

Fuqia reaktive

R r = UIsin = Une 2 X. (2)

Fuqi e plote

P n = UI= PZ. Këto tre lloje të fuqisë lidhen me shprehjen

P \u003d (P dhe 2 + P 2 r ) (3)

Pra, fuqia matet brenda 1 W ... 10 GW (në qarqet DC dhe njëfazore me rrymë alternative) me një gabim prej (0,01 ... 0,1)%, dhe në frekuencën e mikrovalës - me një gabim prej (1 ... pesë)%. Fuqia reaktive nga njësitë var në MVar matet me një gabim prej (0,1 ... 0,5)%.

Diapazoni i matjes së energjisë elektrike përcaktohet nga diapazoni i matjes së rrymave nominale (1 nA ... 1O kA) dhe tensioneve (1 μV ... 1 MB), gabimi i matjes është ± (0,1 ... 2,5)%.

Matja e energjisë reaktive është me interes vetëm për qarqet industriale trefazore.

Matja e energjisë në qarqet DC.Kur matet indirekt fuqia, përdoren metoda e ampermetrit dhe voltmetrit dhe metoda e kompensimit.

Metoda e ampermetrit dhe voltmetrit. Në këtë rast, pajisjet ndizen sipas dy skemave (Fig. 1).

Metoda është e thjeshtë, e besueshme, ekonomike, por ka një numër pengesash të rëndësishme: nevoja për të marrë lexime për dy

Figura: .1 Qarqet për matjen e fuqisë sipas leximeve të një voltmetër dhe ampermetër për të voglin (a) dhe të madh (b)rezistencat e ngarkesës

pajisje; nevoja për të bërë llogaritjet; saktësi e ulët për shkak të përmbledhjes së gabimit të instrumentit.

Fuqia R x , llogaritur nga leximet e instrumenteve (Fig.1a), ka formën

Moreshtë më shumë se vlera aktuale e energjisë së konsumuar në ngarkesë P n nga vlera e konsumit të energjisë së voltmetrit R v , d.m.th., P n \u003d R x - R v .

Gabimi në përcaktimin e fuqisë në ngarkesës është pak, aq më shumë rezistencë e plotë e hyrjes voltmetër dhe më pak rezistencë ndaj ngarkesës.

Fuqia R x , llogaritur në bazë të leximit të pajisjeve (Fig. 1, b),kemi formen

Shtë më e madhe se vlera aktuale e konsumit të energjisë së ngarkesës nga vlera e konsumit të energjisë nga ampermetri R DHE . Gabimi metodik është më i vogël, aq më e ulët është rezistenca e hyrjes së ampermetrit dhe aq më e lartë është rezistenca e ngarkesës.

Metoda e kompensimit. Kjo metodë përdoret kur kërkohet saktësi e lartë e matjes së energjisë. Kompensatori mat rrymën e ngarkesës dhe rënien e tensionit në ngarkesë me radhë. Fuqia e matur përcaktohet nga formula

P= U n Une n . (4)

Në matjen e drejtpërdrejtë, fuqia aktive matet me ujëmatës elektromekanik (sisteme elektrodinamike dhe ferrodinamike), dixhitale dhe elektronike.

Wattmetrat elektrodinamikë përdoren si pajisje portative për matje të sakta të energjisë (klasa 0,1 ... 2,5) në qarqet DC dhe AC me një frekuencë deri në disa mijëra hertz.

Voltmetrat e panelit ferrodinamik përdoren në qarqet AC të frekuencës industriale (klasa 1.5 ... 2.5).

Në një gamë të gjerë frekuencash, përdoren wattmetra dixhitalë, baza

përbëjnë konvertues të ndryshëm të energjisë (për shembull, termoelektrik), DCT, mikroprocesor dhe qendra qendrore e kontrollit. Në wattmetra dixhital, sigurohet zgjedhja automatike e kufijve të matjes, vetë-kalibrimi dhe një ndërfaqe e jashtme.

Wattmetra të veçantë dhe elektronikë përdoren gjithashtu për të matur fuqinë në qarqet me frekuencë të lartë.

Matësit e fuqisë reaktive (varmetrat) përdoren për të matur fuqinë reaktive në frekuenca të ulëta, në të cilat, duke përdorur qarqe speciale, devijimi i pjesës lëvizëse të MI elektrodinamik është proporcional me fuqinë reaktive.

Përfshirja e wattmetrave elektromekanikë drejtpërdrejt në qark elektrik është e lejueshme në rrymat e ngarkesës që nuk i kalojnë 10 ... 20 A dhe tensionet deri në 600 V. Matja e energjisë në rrymat e ngarkesës së lartë dhe në qarqet e tensionit të lartë kryhet nga një wattmetër me transformatorë matës ATdhe tensionit TV(fig..2).

Matja e fuqisë aktive në qarqet trefazore të rrymës.Metoda e një vatëmatës. Kjo metodë përdoret vetëm në një sistem simetrik me një ngarkesë uniforme të fazës, të njëjtat kënde të fazës midis vektorëve Une dhe U dhe me simetri të tensionit të plotë (fig..3).

Fig. 3 Skemat për lidhjen e një wattmetër në një qark trefazor me tre tela me simetri të plotë të lidhjes së ngarkesës:

dhe- nje yll; b -trekëndëshi; në -me pikë zero artificiale

Fig. 4 Skemat për lidhjen e dy vatmetrave në një qark trefazor: dhe- në 1 dhe 3; b- në 1 dhe 2; në- në 2 dhe 3

Në fig. .3, dhengarkesa është e lidhur me yllin dhe pika zero është e disponueshme. Në Fig. 3, bngarkesa është e lidhur delta, wattmetri është në fazë. Në fig. .3, nëngarkesa është delta e lidhur me një pikë zero artificiale. Një pikë zero artificiale krijohet duke përdorur dy rezistorë, secila prej të cilave është e barabartë me rezistencën e qarkut të mbështjelljes së tensionit të vatmetrit (zakonisht tregohet në fletën e të dhënave për vatëmatësin).

Leximet e vatmetrit do të korrespondojnë me fuqinë e një faze dhe fuqinë e të gjithë fazës rrjeti trefazor në të tre rastet e ndezjes së pajisjes do të jetë e barabartë me fuqinë e një faze shumëzuar me tre:

P \u003d3 P w

Metoda e dy vatmetrave. Kjo metodë përdoret në një qark trefazor me tre tela, pavarësisht nga skema e lidhjes dhe natyra e ngarkesës, si me simetri ashtu edhe me asimetri të rrymave dhe tensioneve. Asimetria është një sistem në të cilin fuqitë e fazave individuale janë të ndryshme. Mbështjelljet aktuale të vatmetrave janë të lidhura në çdo dy faza, dhe mbështjelljet e tensionit janë të lidhura me tensionet e linjës (Fig. 4).

Fuqia e dukshme mund të shprehet si shuma e leximeve të dy wattmetrave. Pra, për qarkun e treguar në Fig. 4, dhe,

ku 1 është këndi i fazës ndërmjet rrymës Une 1 dhe tensionit të linjës U 12, Angle 2 - kënd faza midis rrymës Une 3 dhe tensionit të linjës U 32 . Në një rast të veçantë, me një sistem të tensionit simetrik dhe të njëjtën fazë të ngarkesës  1, \u003d 30 ° -  dhe  2 \u003d 30 ° -, leximet e vatmetrave do të jenë:

Me një ngarkesë aktive ( \u003d 0), leximet e vatmetrave do të jenë të njëjta, pasi që P W ] = P W 2 IUcos30 °

Me një ngarkesë me një kënd qethje cp \u003d 60 °, leximet e vatmetrit të dytë janë zero, pasi P W 2 = IUcos (30 ° + ) \u003d IUcos (30 ° + 60 °) \u003d 0, dhe në këtë rast fuqia e qarkut trefazor matet me një vatëmatës.

Me një ngarkesë me një kënd zhvendosje \u003e 60 °, fuqia e matur nga vatmetri i dytë do të jetë negative, pasi që (30 ° + ) është më e madhe se 90 °. Në këtë rast, pjesa lëvizëse e vatmetrave do të kthehet në drejtim të kundërt. Për numërimin, është e nevojshme të ndryshoni fazën e rrymës në një nga qarqet e vatmetrit me 180 °. Në këtë rast, fuqia e qarkut trefazor të rrymës është e barabartë me ndryshimin midis leximeve të vatmetrave

Metoda tre vatëmatës. Për të matur fuqinë e një qark trefazor me një ngarkesë të paekuilibruar, tre wattmeters janë të ndezura, dhe fuqia totale në prani të një tel neutral do të jetë e barabartë me shumën aritmetike të leximeve të tre wattmeters. Në këtë rast, secili wattmetër mat fuqinë e një faze, leximet e wattmeter, pavarësisht nga natyra e ngarkesës, do të jenë pozitive (mbështjellja paralele kalon në tensionin e fazës, domethënë midis telit linear dhe zero). Nëse pika zero nuk është e disponueshme dhe tela neutrale mungon, atëherë qarqet paralele të pajisjeve mund të formojnë një pikë zero artificiale, me kusht që rezistencat e këtyre qarqeve të jenë të barabarta me njëra-tjetrën.

Matja e fuqisë reaktive në njefazor dhe tre-fazor qarqeve.Përkundër faktit se fuqia reaktive nuk përcakton as punën e kryer ose energjinë e transmetuar për njësi të kohës, matja e saj është gjithashtu e rëndësishme. Prania e energjisë reaktive çon në humbje shtesë të energjisë elektrike në linjat e transmetimit, transformatorët dhe gjeneratorët. Fuqia reaktive matet në volt-amper reaktiv (var) si në qarqet njëfazore dhe trefazore me tre dhe katër tela me rryma alternative nga elektrodinamikë dhe ferrodinamikë ose vatëmatës të krijuar posaçërisht për matjen e fuqisë reaktive. Dallimi midis një vatëmatës reaktiv dhe një vatëmatës konvencional është se ai ka një qark paralel të komplikuar për të marrë një zhvendosje fazore prej 90 °

midis vektorëve të rrymës dhe tensionit të këtij qarku. Atëherë devijimi i pjesës lëviz do të jetë proporcional me fuqinë reaktive R r = UIsin . Wattmetrat reaktivë përdoren kryesisht për matjet laboratorike dhe verifikimi i njehsorëve reaktiv.

Fuqia reaktive në një qark simetrik trefazor gjithashtu mund të matet me një wattmetër aktiv: për këtë, spiralja aktuale është e lidhur në seri me fazën A, spiralja e tensionit është midis fazave B dhe C.

Matja e energjisë në qarqet me frekuencë të lartë.Për këtë qëllim, ju mund të përdorni matje direkte dhe indirekte, dhe në disa raste, matjet indirekte mund të jenë të preferueshme, pasi që ndonjëherë është më lehtë të matni rrymën dhe tensionin mbi ngarkesë sesa fuqinë direkte. Matja e drejtpërdrejtë e energjisë në qarqet me frekuencë të lartë dhe të lartë kryhet nga termoelektrik, wattmetra elektronikë, wattmetra të efektit Hall dhe wattmetra dixhital.

Matjet indirekte kryhen duke përdorur një metodë oshilloskopi. Përdoret kryesisht kur qarku mundësohet nga një tension jo sinusoidal, në frekuenca të larta, burime të tensionit me fuqi të ulët, etj.

Matja e energjisë në qarqet njëfazore dhe trefazore.Energjia matet nga njehsorët elektromekanikë dhe elektrikë elektronikë. Matësit elektronikë të energjisë elektrike kanë karakteristika më të mira metrologjike, besueshmëri më të madhe dhe janë mjete premtuese për matjen e energjisë elektrike.

4. Matja e fazës dhe frekuencës

Faza karakterizon gjendjen e sinjalit harmonik në një moment të caktuar kohor t. Këndi i fazës në momentin fillestar të kohës (origjina), d.m.th. në t = 0, i thirrur zerondërrimi i fazës (fillestare).Dallimi Faza  matet zakonisht në mes të rrymës dhe tensionit, ose në mes të dy tensione. Në rastin e parë, ata janë më shpesh të interesuar jo në vetë këndin e fazës, por në vlerën e cos ose faktorit të energjisë. Cos është kosinus i këndit me të cilin rryma e ngarkesës çon ose mbetet prapa tensionit të aplikuar në këtë ngarkesë. Ndërrimi i fazës dy sinjale harmonike të së njëjtës frekuencë quhen moduli i ndryshimit ndërmjet fazave të tyre fillestare  \u003d |  1 -  2 |. Zhvendosja e fazës  nuk varet nga koha nëse fazat fillestare  1, dhe  2 mbeten të pandryshuara. Diferenca e fazës shprehet në radian ose gradë.

Metodat e matjes së këndit të fazës.Këto metoda varen nga diapazoni i frekuencës, niveli dhe forma e sinjalit, nga saktësia e kërkuar dhe disponueshmëria e instrumenteve matëse. Bëni dallimin midis ndryshimeve indirekte dhe direkte në këndin e fazës.

Matja indirekte. Kjo matje e këndit të fazës ndërmjet tensionit U dhe aktuale Une në ngarkesë në qarqet njëfazore

kryhet duke përdorur tre pajisje - një voltmetër, një ampermetër dhe një wattmetër (Fig. 5). Këndi  përcaktohet me llogaritjen nga vlera e gjetur e cos:

Metoda zakonisht përdoret me frekuencë industriale dhe siguron saktësi të ulët për shkak të gabimit metodik të shkaktuar nga konsumi i vetë pajisjeve, është mjaft e thjeshtë, e besueshme dhe ekonomike.

Në një qark simetrik trefazor, vlera e cos mund të përcaktohet nga matjet e mëposhtme:

fuqia, rryma dhe voltazhi i një faze;

matja e fuqisë aktive me metodën e dy vatmetrave;

matja e fuqisë reaktive me metodën e dy vatmetrave me një pikë neutrale artificiale.

Ndër metodat oscilografike për matjen e fazës, metodat e pastrimit linear dhe elipsës përdoren më gjerësisht. Metoda oscilografike, e cila ju lejon të vëzhgoni dhe regjistroni sinjalin nën hetim në çdo kohë, përdoret në një gamë të gjerë frekuencash në qarqet me fuqi të ulët me matje të përafërt (5 ... 10%). Metoda e spastrimit linear përfshin përdorimin e një oshiloskopi me dy rreze, në pllakat horizontale të të cilit zbatohet një tension linear fshirës, \u200b\u200bdhe në pllakat vertikale - tensionin, midis të cilit matet zhvendosja fazore. Për kthesat sinusoidale në ekran, ne marrim një imazh të dy tensioneve (Fig. 6, dhe)dhe sipas segmenteve të matura AB dhe AC, llogaritet këndi i zhvendosjes ndërmjet tyre

ku AB është segmenti midis pikave përkatëse të kthesave kur ato kalojnë nëpër zero përgjatë boshtit X; АС - një segment që korrespondon me periudhën.

Gabim i matjes  x varet nga gabimi i kampionimit dhe gabimi i fazës së oshilloskopit.

Nëse, në vend të një spastrimi linear, përdoret një tension spastrues sinusoidal, atëherë figurat Lissajous të marra në ekran me frekuenca të barabarta japin formën e një elipsi në ekranin e osciloskopit (Fig. 6b). Këndi i prerjes  x \u003d harku (AB / VG).

Kjo metodë ju lejon të matni x brenda 0 90 rreth pa përcaktuar shenjën e këndit të fazës.

Gabimi i matjes  x përcaktohet edhe nga gabimi i leximit

Fig..6. Lakoret e marra në ekranin e një oshiloskopi me rreze të dyfishtë: me një linear (dhe)dhe spastrim sinusoidal (b)

dhe mospërputhjet në ndërrimet fazore të kanaleve X dhe Y oshilloskopi.

Përdorimi i një kompensatori AC me një zhvendosës të fazës së kalibruar dhe një osciloskop elektronik si një tregues i barazisë fazore lejon një matje mjaft të saktë të këndit të fazës. Gabimi i matjes në këtë rast përcaktohet kryesisht nga gabimi i ndërruesit të fazës së përdorur.

Matja e drejtpërdrejtë. Matja e drejtpërdrejtë e këndit të zhvendosjes fazore kryhet duke përdorur matësa elektrodinamikë, ferrodinamikë, elektromagnetikë, elektronikë dhe dixhitalë. Matësit e fazës elektromekanike që përdoren më shpesh janë njehsorët e fazës elektrodinamike dhe elektromagnetike ratiometrike. Shkalla për këto pajisje është lineare. Ato përdoren në intervalin e frekuencës nga 50 Hz në 6 ... 8 kHz. Klasat e saktësisë - 0,2; 0,5 Karakterizohen nga një konsum i lartë i energjisë 1 (5 ... 10 W).

Në një qark simetrik trefazor, matja e këndit fazor  ose cos kryhet nga njehsorë njëfazorë ose trefazorë.

Matësit dixhitalë të fazës përdoren në qarqet me fuqi të ulët në intervalin e frekuencës nga Hz në 150 MHz, klasat e saktësisë - 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,5; 1.0 Në njehsorët e fazës dixhitale të numërimit elektronik, zhvendosja e fazës midis dy tensioneve shndërrohet në një interval kohor të mbushur me impulse me një frekuencë të qëndrueshme me një periudhë të caktuar, të cilat numërohen nga një numërues elektronik i impulsit. Komponentët e gabimeve të këtyre pajisjeve janë: gabimi i diskretencës, gabimi i një gjeneratori të frekuencës së qëndrueshme, një gabim që varet nga saktësia e formimit dhe transmetimit të intervalit kohor.

Metodat e matjes së frekuencës.Frekuenca është një nga karakteristikat më të rëndësishme të një procesi grumbullimi. Ajo përcaktohet nga numri i cikleve të plotë (periudhat) e ndryshimit të sinjalit për njësi të kohës. Diapazoni i frekuencave të përdorura në teknologji është shumë i madh dhe varion nga fraksionet e hercit deri në dhjetëra. I gjithë spektri i frekuencës është i ndarë në dy diapazone - të ulët dhe të lartë.

Frekuencat e ulëta: infrasonike - nën 20 Hz; tingull - 20 ... 20,000 Hz; tejzanor - 20 ... 200 kHz.

frekuenca të larta: të larta - nga 200 kHz në 30 MHz; ultra-lartë - 30 ... 300 MHz.

Prandaj, zgjedhja e metodës së matjes së frekuencës varet nga diapazoni i frekuencave të matura, saktësia e kërkuar e matjes, madhësia dhe forma e tensionit të frekuencës së matur, fuqia e sinjalit të matur, disponueshmëria e instrumenteve matëse, etj.

Matja e drejtpërdrejtë. Metoda bazohet në përdorimin e njehsorëve të frekuencës elektromekanike, elektronike dhe dixhitale.

Matësit e frekuencës elektromekanike përdorin një mekanizëm matës të sistemeve elektromagnetike, elektrodinamike dhe ferrodinamike me një lexim të drejtpërdrejtë të frekuencës në shkallën e njehsorit ratiometrik. Ato janë të thjeshta në dizajn dhe funksionim, të besueshme dhe kanë një saktësi mjaft të lartë. Ato përdoren në intervalin e frekuencës nga 20 në 2500 Hz. Klasat e saktësisë - 0,2; 0,5; 1.0; 1.5; 2.5.

Matësit elektronikë të frekuencës përdoren për matje në intervalin e frekuencës nga 10 Hz në disa megahertz, me nivele të sinjalit hyrës prej 0.5 ... 200 V. Ata kanë një rezistencë të madhe të hyrjes, e cila siguron konsum të ulët të energjisë. Klasat e saktësisë - 0,5; 1.0 dhe më poshtë.

Matësit e frekuencës dixhitale përdoren për matje shumë të sakta në intervalin 0,01 Hz ... 17 GHz. Burimet e gabimit janë gabimi nga diskretenca dhe paqëndrueshmëria e oshilatorit kristal.

Metoda e urës. Kjo metodë e matjes së frekuencës bazohet në përdorimin e urave AC të varura nga frekuenca, të furnizuar me tensionin e frekuencës së matur. Qarku më i zakonshëm i urës për matjen e frekuencës është një urë kapacitive. Metoda e matjes së frekuencës urë përdoret për të matur frekuencat e ulëta në intervalin 20 Hz ... 20 kHz, gabimi i matjes është 0,5 ... 1%.

Matja indirekte. Metoda kryhet duke përdorur oshilloskopë: me figura të ndërhyrjes (figura Lissajous) dhe spastrim rrethor. Metodat janë mjaft të thjeshta, të përshtatshme dhe të sakta. Ato përdoren në një interval të gjerë frekuencash prej 10 Hz ... 20 MHz. Disavantazhi i metodës Lissajous është kompleksiteti i dekodimit të figurave kur raporti i figurave është më shumë se 10 dhe, për këtë arsye, gabimi i matjes rritet për shkak të vendosjes së raportit të vërtetë të frekuencës. Me metodën e spastrimit rrethor, gabimi i matjes përcaktohet kryesisht nga gabimi i kuantizimit të frekuencës themelore.

METODAT DHE MJETET P FORR MATJEN E PARAMETRVE TIR QARQEVE MATASSORE