Metodat për matjen e energjisë elektrike. Matja e energjisë dhe energjisë

Fuqia e konsumuar nga ngarkesa në qark rryma alternative, është e barabartë me kohën mesatare të produktit të tensionit të çastit dhe vlerave të rrymës së ngarkesës. Nëse voltazhi dhe rryma ndryshojnë në mënyrë sinusoidale, atëherë fuqia P mund të paraqitet si P \u003d UI cosφ, ku jemi U dhe I vlerat efektive tension dhe rrymë, dhe φ është këndi i fazës (këndi i ndërrimit) të sinusoidëve të tensionit dhe rrymës. Nëse voltazhi shprehet në volt dhe rryma në amper, atëherë fuqia do të shprehet në vat. Faktori cosφ, i quajtur faktor i fuqisë, karakterizon shkallën e sinkronizmit të tensionit dhe luhatjeve të rrymës.

Nga pikëpamja ekonomike, më e rëndësishmja sasia elektrike - energjia. Energjia W përcaktohet nga produkti i energjisë dhe koha e konsumimit të saj. Në formë matematikore, kjo është shkruar si:

Nëse koha matet në sekonda, voltazhi është në volt, dhe rryma është në amper, atëherë energjia W do të shprehet në vat-sekonda, d.m.th. xhulle Nëse koha matet me orë, atëherë energjia është në vat-orë. Në praktikë, është më e përshtatshme për të shprehur energjinë elektrike në kilovat-orë.

Me ndihmën e pajisjeve të sistemeve të ndryshme, matjet e fuqisë aktive (), reaktive () dhe totale () në qarqe rrymë e vazhdueshme, rryma alternative njëfazore dhe trefazore, vlerat e menjëhershme të energjisë, si dhe sasia e energjisë elektrike brenda një diapazoni të gjerë. Në këtë rast, diapazoni i fuqive të matura mund të jetë nga fraksionet e një μW në dhjetëra GW.

Për matjet indirekte të fuqisë në qarqet DC, përdorni voltmetri dhe metoda e ampermetrit... Në këtë rast, pajisjet mund të ndizen në dy mënyra.

Figura: 9.3 Qarqet për matjen e fuqisë sipas leximeve të një voltmetri dhe ampermetri në të vogla dhe rezistenca të mëdha ngarkesa

Metoda është e thjeshtë, e besueshme, ekonomike, por ka një numër pengesash të rëndësishme:

· Nevoja për të marrë lexime në dy instrumente;

· Nevoja për të bërë llogaritjet;

· Saktësi e ulët për shkak të përmbledhjes së gabimeve të instrumentit.

Metoda e kompensimit përdoret kur kërkohet saktësi e lartë e matjes së energjisë. Kompensatori mat rrymën e ngarkesës dhe rënien e tensionit në ngarkesë me radhë. Pajisjet elektrodinamike përdoren për të matur fuqinë.

Figura: 9.4 Diagrami i lidhjes së një wattmetër elektrodinamik përmes matjes së transformatorëve të rrymës dhe tensionit.

Në një gamë të gjerë frekuencash, wattmetra dixhitalë... Ata kryejnë zgjedhjen automatike të kufijve të matjes, vetë-kalibrimin dhe kanë një ndërfaqe të jashtme.

Për të matur fuqinë në qarqet trefazore, përdorni metodat e një, dy dhe tre vatëmatës.

Opsioni i parë përdoret për sistemet me një ngarkesë fazore uniforme, të njëjtat kënde faze midis rrymës dhe tensionit. Në këtë rast, ngarkesa mund të ndizet sipas skemës yll, delta.

Me një ngarkesë asimetrike, përdoren dy metoda wattmetër. Në këtë rast, është e nevojshme të llogaritet fuqia totale duke marrë parasysh qarkun e kalimit të pajisjes. Kur përdorni një qark me tre vatëmatës për të përcaktuar konsumin e energjisë, leximet përmblidhen.

Për të matur fuqinë në qarqet me frekuencë të rritur, përdoren të dy metodat direkte dhe indirekte duke përdorur konvertorë termoelektrik, sensorë Hall, wattmetra elektronikë dhe dixhitalë. Matësit elektromekanikë dhe elektronikë përdoren për të matur energjinë.

Kur matni fuqinë, frekuenca e zhvendosjes fazore, mekanizmat matës të një sistemi elektrodinamik përdoren gjerësisht, pasi që këto pajisje kanë një varësi funksionale komplekse:

(9.4)

Nëse kaloni rrymën nëpër mbështjellje të lidhura me seri, atëherë mund të përdorni rrymën dhe tensionin kur njëra nga mbështjelljet është e lidhur në qark, mund të siguroni një ndërrim shtesë të fazës. Në këtë rast, ju mund të matni fuqinë aktive dhe reaktive.

Wattmetri përbëhet nga dy mbështjellje: i palëvizshëm 1, i përbërë nga një numër i vogël i kthesave të telit të trashë, dhe i lëvizshëm 2, i përbërë nga një numër i madh i kthesave të telit të hollë. Kur wattmetri është i ndezur, rryma e ngarkesës kalon përmes një spiralje fikse të lidhur në seri me qark, dhe spiralja lëvizëse është e lidhur paralelisht me konsumatorin. Për të zvogëluar konsumin e energjisë në mbështjelljen paralele dhe për të zvogëluar peshën e mbështjelljes lëvizëse, një rezistencë shtesë 3 nga manganina është e lidhur në seri me të. Si rezultat i ndërveprimit të fushave magnetike të mbështjellësve lëvizës dhe të palëvizshëm, një çift rrotullues lind proporcional me rrymat e të dy mbështjellësve:

që është, momenti i rrotullimit të pajisjes është proporcional me fuqinë e konsumuar në qark.

Në mënyrë që shigjeta e pajisjes të devijojë nga zero në të djathtë, është e nevojshme të kaloni rrymën përmes spirales në një drejtim të caktuar.

Për këtë, dy pirgë që tregojnë fillimin e mbështjelljeve janë shënuar me * dhe janë të lidhur elektrikisht. Shkalla e vatmetrit tregon vlerësuarat aktuale dhe tensioni i vlerësuar pajisje Kështu, për shembull, nëse shkalla e pajisjes tregon 5 A dhe 150 V, atëherë pajisja mund të masë fuqinë deri në 750 W. Shkallët e disa vatmetrave janë graduar në ndarje. Nëse, për shembull, një wattmetër 5 A dhe 150 V ka 150 ndarje, atëherë vlera e ndarjes, ose konstanta e wattmetrit, është 750: 150 \u003d 5 W / div.

Përveç wattmetrave elektrodinamikë, wattmetrat e një sistemi ferrodinamik përdoren gjithashtu për të matur fuqinë në qarqet DC.

2. Rryma alternative njëfazore. Kur një wattmetër elektrodinamik është i lidhur me një qark të rrymës alternative, fushat magnetike të mbështjellësve lëvizës dhe të palëvizshëm, që bashkëveprojnë me njëri-tjetrin, do të bëjnë që spiralja lëvizëse të kthehet. Çift rrotullimi i menjëhershëm i orës lëvizëse të pajisjes është proporcional me produktin e vlerave të menjëhershme të rrymave në të dy mbështjellësit e pajisjes. Por për shkak të ndryshimeve të shpejta në rrymat, sistemi celular nuk do të jetë në gjendje të ndjekë këto ndryshime dhe momenti i rrotullimit të pajisjes do të jetë proporcional me fuqinë mesatare ose aktive. Si pasojë, nga këndi i rrotullimit të pjesës lëvizëse të wattmetër, mund të gjykohet sasia e energjisë aktive të konsumuar nga qarku.

Për të matur fuqinë AC, përdoren gjithashtu wattmetra. sistemi i induksionit... FIK. 362 tregon një qark për ndezjen e një wattmetër induksioni me një fushë magnetike rrotulluese. Rreshtimi sekuencial 1-1, i përbërë nga një numër i vogël i kthesave të telit të trashë, ndodhet në dy shtylla të kundërta të shtyllës dhe është e lidhur në seri me qark. Dredha paralele e një matës 2-2 watt, i përbërë nga një numër i madh i kthesave të telit të hollë, ndodhet në dy kreshta të shtyllave të ndara. Në seri me mbështjelljen 2-2, rezistenca induktive 3 është ndezur, e cila shërben për gjysmë-

Leximet e këndit të zhvendosjes 90 ° midis tensionit dhe rrymës së tij. Kështu, me një ngarkesë thjesht aktive, ne marrim një zhvendosje prej 90 ° midis rrymave në seri dhe mbështjelljeve paralele, e cila është një kusht i domosdoshëm për krijimin e një rrotullimi fushë magnetike... Kur pajisja është e ndezur, kjo fushë, duke kaluar cilindrin alumini 4, indukton rryma të mprehta në të, të cilat, duke bashkëvepruar me fushën, krijojnë një çift rrotullues që vepron në pjesën lëvizëse të pajisjes. Këndi i tij i rrotullimit në çdo ngarkesë do të jetë proporcional me fuqinë aktive të konsumuar nga qarku:

Një diagram skematik i një wattmetër induksioni në fushë udhëtuese u tregua në Fig. 335

Kur matni fuqinë në rrjete me një wattmetër tension i ulët nga rrymat e larta përdoren transformatorët e rrymës. Për të zvogëluar diferencën e mundshme midis mbështjelljeve të vatmetrit, primarit dhe qark dytësor transformatorët e rrymës kanë një pikë të përbashkët. Dredha sekondare transformatori nuk është i bazuar, pasi kjo do të nënkuptojë tokëzimin e një tela të rrjetit.

Për të përcaktuar fuqinë e rrjetit P 1 në këtë rast, duhet të shumëzoni leximin e vatmetrit P 2 me raportin e transformimit të transformatorit aktual:

Në rrjete tension të lartë gjatë matjes së energjisë përdoren transformatorët matës të tensionit dhe rrymës (Fig. 363).

Kështu, për shembull, nëse një wattmetër instalohet një transformator i tensionit 6000/100 V dhe një transformator aktual 150/5 A, dhe wattmetri tregoi 80 W, atëherë fuqia e rrjetit do të jetë:

Kur ndizni wattmetrat (metrat) përmes matjes

Transformatorët duhet të jenë të lidhur me këto pajisje në mënyrë që rrymat të rrjedhin përmes mbështjelljeve të tyre në të njëjtin drejtim, sikur të ishin të lidhur drejtpërdrejt me rrjetin.

Përveç një wattmeter, fuqia e një rryme alternative njëfazore mund të përcaktohet nga leximet e tre instrumenteve: një ampermetër, një voltmetër dhe një matës faze sipas formulës:

3. Rryma alternative trefazore. Me një ngarkesë uniforme të një sistemi trefazor, përdoret një wattmetër njëfazor për të matur fuqinë, i lidhur sipas qarkut të treguar në FIG. 364 (a - për lidhjen e yllit; b - për lidhjen e trekëndëshit). Në këtë rast, një rrymë faze rrjedh përmes mbështjelljes serike të vatmetrit dhe dredha paralele është e lidhur me tensionin e fazës. Prandaj, vatmetri do të tregojë fuqinë e një faze. Për të marrë fuqinë e një sistemi trefazor, duhet të shumëzoni leximin e një wattmetër njëfazor me tre.

Me ngarkesë të pabarabartë në një rrjet me katër tela rryma trefazore për të matur fuqinë, përdoret një qark tre vatësh (Fig. 365). Çdo wattmetër me një fazë mat fuqinë e një faze. Për të marrë fuqinë e një sistemi trefazor, është e nevojshme të merret shuma e leximeve të tre vatmetrave.

Me ngarkesë të ndryshueshme, është e vështirë të merren lexime të njëkohshme të tre vatmetrave. Përveç kësaj, tre wattmetra njëfazorë zënë shumë hapësirë. Prandaj, shpesh përdoret një vatëmatës trefazor tre elementësh, i cili është një lidhje në një pajisje me tre vatëmatës me një fazë.

Në një wattmetër elektrodinamik me tre elemente, tre mbështjellje paralele të lëvizshme janë montuar në një bosht të lidhur me shigjetën, dhe momenti total i marrë si rezultat i shtimit të forcave mekanike të secilës spiral do të jetë proporcional me fuqinë e konsumuar në rrjeti trefazor... Në skica të tjera, mbështjelljet lëvizëse të vendosura në vende të ndryshme janë të lidhura me rripa fleksibël dhe transmetojnë forcën totale në bosht me një shigjetë.

Mund të përcaktohet fuqia aktive e një rrjeti trefazor me një ngarkesë uniforme

Përdorimi i tre instrumenteve: një ampermetër, një voltmetër dhe një matës faze sipas formulës:

Fuqia e një rrjeti trefazor me tre tela në çdo ngarkesë (uniforme ose e pabarabartë), pavarësisht nga metoda e lidhjes së konsumatorit (yll ose delta), mund të matet duke përdorur një qark dy vatëmatës.

Sipas ligjit të parë të Kirchhoff, shuma e vlerave të menjëhershme të rrymave të të tre fazave është e barabartë me zero:

Ekuacioni që rezulton tregon se një nga vatmetrat duhet të ndizet në mënyrë që rryma e fazës së parë të rrjedhë nëpër spiralën e saj aktuale, dhe spiralja e tensionit është nën ndryshimin e tensionit të fazës së parë dhe të dytë; wattmetri tjetër duhet të ndizet në mënyrë që rryma e fazës së tretë të rrjedhë nëpër spiralën e saj aktuale, dhe spiralja e tensionit është nën diferencën e tensionit midis fazës së tretë dhe të dytë.

Duke shtuar leximet e të dy wattmetrave, ne marrim fuqinë e të tre fazave.

FIK. 366 tregon tre mundësi për qarkun e dy vatmetrave.

Nga skemat në fng. 366 tregon se mbështjelljet serike të vatmetrave janë të përfshira në çdo tela dy linjash të rrjetit. Fillimi i mbështjelljeve paralele të secilës wattmetër janë të lidhura me të njëjtin tel, i cili përfshin mbështjelljen serike të wattmetrit. Skajet e mbështjelljeve paralele janë të lidhura me telin e vijës së tretë.

Me një ngarkesë aktive uniforme (\u003d 1), leximet e vatmetrave janë të barabarta me njëri-tjetrin. Nëse nuk është e barabartë me një, leximet e vatmetrave nuk do të jenë të barabarta. Në \u003d 0,5, një nga vatmetrat do të tregojë zero. Në më pak se 0.5, shigjeta e kësaj pajisje do të fillojë të devijojë në të majtë. Për të marrë një tregues të pajisjes, është e nevojshme të ndërroni skajet e mbështjelljes së saj serike ose paralele.

Për të matur fuqinë aktive të një sistemi trefazor sipas leximeve të dy vatmetrave, duhet të shtoni leximet e tyre ose të hiqni nga leximi i një vatëmatës leximin e një vatëmatës tjetër, i cili ishte negativ. Qarku për matjen e energjisë me dy vatëmatës duke përdorur transformatorët matës të tensionit dhe rrymës është treguar në Fig. 367

Moreshtë më e përshtatshme për të matur fuqinë duke përdorur një wattmetër trefazor, në të cilin kombinohen dy pajisje, të lidhura sipas skemës së dy wattmetrave dhe duke vepruar në një aks të përbashkët me të cilin është lidhur shigjeta.

Në rrjetet e tensionit të lartë, një wattmetër trefazor ndizet duke përdorur tensionin matës dhe transformatorët e rrymës.

Matja e energjisë.Në qarqet DC, fuqia mund të matet indirekt duke përdorur një ampermetër dhe voltmetër

P \u003d UI,

por një rezultat më i saktë jepet duke matur fuqinë me një wattmetër elektrodinamik, i cili mat fuqinë pavarësisht nga lloji i rrymës. Pamja e jashtme (a) dhe qark kalimi i vatmetrit (b)janë treguar në Fig. 16. Wattmetri ka katër kapëse për lidhjen e mbështjellësve lëvizës dhe fiks me qarkun. Spiralja fikse përfshihet në qark në seri dhe quhet spiralja aktuale, dhe spiralja lëvizëse së bashku me shtesën shtesë

Figura 16.1. Wattmetër me një fazë: a-paraqitja; b - diagrami i lidhjes në qark elektrik rryma alternative.

rezistenca r d - paralele me ngarkesën dhe quhet spiral i tensionit. Fillimi i mbështjellësve shënohet me një yll * I dhe * U , fundi i spiralës aktuale është 5 A, dhe fundi i mbështjelljes së tensionit është -150V. Meqenëse drejtimi i devijimit të shigjetës së treguesit të vatmetrit varet nga drejtimi i ndërsjellë i rrymave në mbështjellje, drejtuesit * I dhe * U janë të lidhur me burimin aktual, dhe lidhjet 5 A dhe 150V janë të lidhura me ngarkesën. Për shkak të faktit se kunjat * I dhe * U janë të lidhur në të njëjtin tel, ato mund të lidhen me njëri-tjetrin nga një dirigjent, gjë që bëhet në praktikë kur matni fuqinë në qark DC dhe fuqinë aktive në qark AC .

Matja e energjisë.Ekzistojnë mënyrat e mëposhtme për të kontrolluar konsumin e energjisë: 1. Metoda indirekte. Në këtë rast, maten parametrat indirekt, dhe konsumi i energjisë elektrike përcaktohet me llogaritjen. Për shembull, konsumi i energjisë në qarqet DC përcaktohet nga formula:

W \u003d U I t(16.1),

ku U - voltazhi në marrësin e energjisë Une - rryma në marrës t- koha aktuale e kalimit.

Kështu që për të matur konsumin e energjisë paralelisht me marrësin, duhet të ndizni një voltmetër dhe të matni tensionin U, ndizni ampermetrin në seri me marrësin dhe matni rrymën Une ... Koha - t matet me një kronometër. Pas marrjes së leximeve nga voltmetri, ampermetri dhe kronometri, konsumi i energjisë përcaktohet nga formula (16.1). Në qarqet AC, konsumi i energjisë elektrike përcaktohet nga formula (16.2)

W \u003d U I t cosφ(16.2)

Kështu që për matjen indirekte të konsumit të energjisë elektrike në këtë rast, përveç voltmetrit, ampermetrit dhe kronometrit, duhet të ndizni njehsorin e fazës për të matur faktorin e energjisë cosφ.

2. Mënyra e drejtpërdrejtë. Kjo metodë përdoret në qarqet AC. Në këtë rast, një matës induksion i energjisë elektrike përdoret për të matur konsumin e energjisë elektrike. Banaku është një pajisje totalizuese. Dallimi kryesor i tij nga matësi i numrit është se këndi i rrotullimit të pjesës së tij të lëvizshme, i cili nuk është i kufizuar nga susta, rritet dhe leximet e njehsorit përmblidhen. Çdo revolucion i pjesës lëvizëse të njehsorit korrespondon me një sasi të caktuar të energjisë së konsumuar. Banaku është përfshirë në Fig. 16.2 një qark elektrik është i njëjtë me një vatëmatës (fig. 16, 1), d.m.th. dredha-rimi i tij aktual (3) është i lidhur në seri me ngarkesën dhe kontrollon rrymën në ngarkesë, dhe dredha-dredha e tensionit (2) lidhet paralelisht me ngarkesën dhe monitoron tensionin mbi ngarkesë. Koha kontrollohet nga numri i rrotullimeve të diskut.