Составление схем измерения мощности прямым и косвенным способами.

План

1. Измерение мощности

Измерение мощности может производиться как прямым, так и косвенным методами. Прямое измерение мощности осуществляется ваттметрами, которые по­требляют значительную энергию и заметно нагружают источник тока. Поэтому они применяются для измерения мощности по­рядка десятка ватт и более. Для малых значений мощность из­меряется косвенными методами. Мощность постоянного тока может быть определена с помощью вольтметра и амперметра (рис. 1, а), присоединенных к потребителю мощности, величина которой рассчитывается по формуле:

P=U·I

Если сопротивление нагрузки Rн , на котором рассеивается измеряемая мощность, известно, то достаточно измерить вели­чину тока, протекающего через нагрузку (рис. 1, б), и вычислить мощность по формуле:

P=I²∙R_н

Мощность может быть также определена посредством измерения напряжения на известном сопротивлении нагрузки Rн (рис. 1, в) и вычислена по формуле:

P=I²/R_н.

Рис. 1. Измерение мощности

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

Простейшие условия измерения активной мощности трехфазной системы имеются в том случае, если фазы приемников соединены звездой с доступной нейтральной точкой. В этом случае для измерения мощности одной фазы цепь тока ваттметра соединяют последовательно с одной из фаз приемника (рис. 2, а), а цепь напряжения включают под напряжение той фазы приемника, в которую включена цепь тока ваттметра, т. е. зажимы цепи напряжения ваттметра присоединяются один к линейному проводу, а второй-к нейтральной точке приемника. В подобных условиях измеренная мощность

P_ИЗ = P_Ф = U_Ф I_Ф cos φ

а мощность симметричного приемника

P =3 P_ИЗ =3 U_Ф I_Ф cos φ

Часто нейтральная точка недоступна или фазы приемника соединены треугольником. Тогда применяется измерение с помощью искусственной нейтральной точки (рис. 2,б)

Рис. 2. Схема измерения активной мощности в симметричной трехфазной системе:
(а - при доступной нейтральной точке,б - с искусственной нейтральной точкой)

Такая точка (точнее узел) составляется из цепи напряжения ваттметра с сопротивлением rвт.н и двух добавочных резисторов С такими же сопротивлениями. При таком соединении цепь напряжения ваттметра находится под фазным напряжением, а через цепь тока прибора проходит фазный ток. Следовательно, и при таком измерении

P = 3 P_ИЗ

Для измерения активной мощности в четырехпроводной установке (т. е. установке с нейтральным проводом) при несимметричной нагрузке применяют способ трех ваттметров (рис.3). В такой установке каждый из ваттметров измеряет активную мощность одной фазы, а активная мощность установки определяется как сумма мощностей, измеренных тремя ваттметрами:

Рис. 3. Схема измерения активной мощности в трехфазной четырехпроводной системе (способ трех ваттметров)

В трехпроводных сетях при несимметричной нагрузке мощность измеряют способом двух ваттметров.

Если включить два ваттметра в трехпроводную систему постоянного тока (рис. 4), то они будут измерять мощность всей установки. При этом не имеет значения, каковы напряжения отдельных цепей, объединенных в трехпроводную систем. Если вместо постоянного тока и напряжения рассматривать мгновенные значения напряжений и токов трехфазной системы, то в таких условиях ваттметры будут показывать средние значения мгновенных мощностей, т. е. активные мощности. Но следует иметь в виду, что хотя Р = P₁ + Р₂, мощность системы равна сумме показаний двух ваттметров, но эта сумма алгебраическая, т. е. показание одного из ваттметров может быть отрицательным - стрелка одного из ваттметров может отклоняться в обратную сторону, за нуль шкалы. Чтобы отсчитать в таких условиях показание ваттметра нужно переключить зажимы цепи напряжения. Показания прибора после такого переключения следует считать отрицательными.

Рис. 4. Схема измерения активной мощности в трехфазной трехпроводной системе (способ двух ваттметров)

Вопросы для самоконтроля:

1. Цифровые вольтметры.
2. Цифровые измерительные приборы.
3. Аналого-цифровые преобразователи.

Литература: [1], с. 201 – 223