Электрические измерения (стр. 4 )

Рис. 4.1. Схема измерения активной мощности трехфазной цепи

одним однофазным ваттметром при доступной нулевой точке.

Рис. 4.2. Схема измерения активной мощности трехфазной цепи одним

однофазным ваттметром при недоступной нулевой точке.

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

(4.4)

Метод двух ваттметров

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

Для измерения мощности трехфазной цепи по методу двух ваттметров однофазные ваттметры могут быть включены по одной из трех схем, изображенных на рис. 4.3.

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

(4.5)

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

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

б) один из приборов показывает отрицательное показание. Это бывает при активно-индуктивной нагрузке, когда угол сдвига фаз между током и напряжением φ>60° (cos φ < 0,5). Для производства отсчета необходимо переключить зажимы одной из обмоток ваттметра. Активная мощность трехфазной цепи в этом случае определяется разностью показаний ваттметров

(4.6)

в) оба прибора дают одинаковые показания. Это бывает при чисто активной нагрузке (cos φ = 1).

Метод трех ваттметров

Этот метод применяется для измерения активной мощности в трехфазных цепях с нейтральным проводом при неравномерной нагрузке фаз. В качестве измерительных приборов могут быть использованы три однофазных ваттметра или один трехэлементный ваттметр. Ваттметры включаются по схеме, изображенной на рис. 4.4. Каждый из ваттметров (элементов) измеряет мощность одной из фаз.

Активная мощность трехфазной цепи определяется суммой показаний трех ваттметров

(4.7)

а)

б)

в)

Рис.4.3. Варианты схем включения двух однофазных ваттметров

для измерения активной мощности в трехфазной цепи.

Рис.4.4. Схема измерения активной мощности в трехфазной

четырехпроводной цепи тремя однофазными ваттметрами.

2. Программа работы

1. Ознакомиться с аппаратурой и приборами, необходимыми для выполнения работы и записать их основные технические данные.

*

*

RA

2. Собрать схему (рис.4.5) и предъявить ее для проверки преподавателю.

Рис.4.5. Схема измерения активной мощности трехфазной цепи одним

однофазным ваттметром при доступной нулевой точки.

3. Включить схему в сеть переменного тока напряжением 220/127 В. Измерить ток, напряжение, активную мощность и коэффициент мощности фазы А при следующих нагрузках:

• асинхронный двигатель + 2 лампочки по 60 Вт в каждой фазе;

• асинхронный двигатель + 2 лампочки по 60 Вт и 1 лампочка 100 Вт в каждой фазе;

• асинхронный двигатель + 2 лампочки по 60 Вт и 2 лампочки по 100 Вт в каждой фазе;

• 2 лампочки по 60 Вт и 2 лампочки по 100 Вт в каждой фазе.

4. Для каждой нагрузки определить:

• расчетную активную мощность трехфазной цепи Ррасч по показаниям амперметра, вольтметра и фазометра;

• активную мощность трехфазной цепи по показанию ваттметра;

• погрешность измерения активной мощности dр трехфазной цепи, приняв за действительное значение расчетную величину.

Результаты измерений и расчетов записать в табл. 4.1.

5. Собрать схему (рис. 4.6) и предъявить ее для проверки преподавателю.

6. Включить схему в сеть переменного тока напряжением 220/127 В. При тех же нагрузках, которые указаны в пункте 3, измерить ток, напряжение, мощность ваттметрами PW1 и PW2 и коэффициент мощности.

Таблица 4.1

№ пп	Опытные данные	Расчетные данные
Iф	Uф	Pw	cosj	Pрасч.	Р	dр
А	В	Вт	–	Вт	Вт	%

Для каждой нагрузки определить расчетную активную мощность трехфазной цепи Ррасч., активную мощность трехфазной цепи Р по показаниям ваттметров PW1 и PW2 и погрешность измерения мощности dр.

Результаты измерений и расчетов записать в табл. 4.2.

Таблица 4.2

№ пп	Опытные данные	Расчетные данные
Iф	Uф	PW1	PW2	соsj	Ррасч.	Р	dр
А	В	Вт	Вт	--	Вт	Вт	%
1.

Рис.4.6. Схема измерения активной мощности трехфазной

трехпроводной цепи по методу двух ваттметров.

3. Содержание отчета

1. Технические данные оборудования и измерительных приборов, используемых в работе.

2. Схемы произведенных измерений (2 схемы).

3. Расчет мощностей и погрешностей измерений.

4. Таблицы с опытными и расчетными данными.

5. Ответы на контрольные вопросы.

6. Выводы по работе.

4. Контрольные вопросы для подготовки к работе

1. Какие методы применяются для измерения активной мощности в трехфазной цепи при равномерной нагрузке?

2. Какие методы применяются для измерения активной мощности в трехфазной цепи при неравномерной нагрузке?

3. Какие показания будут иметь ваттметры при измерении мощности в трехфазной цепи методом двух ваттметров при углах сдвига фаз между током и напряжением: φ < 60°; φ = 60°; φ > 60°; φ = 0?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

ИЗМЕРЕНИЕ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Цель работы: научиться измерять реактивную мощность в цепях переменного тока.

1. Краткие сведения из теории

Измерение реактивной мощности в трехфазных цепях может быть осуществлено с помощью обычных однофазных ваттметров, включенных в цепь по особым схемам. При этом, так же как и при измерении активной мощности трехфазной цепи, может быть использован метод одного, двух и трех ваттметров. Кроме того, реактивная мощность в трехфазных цепях измеряется с помощью двух- или трехэлементных электродинамических или ферродинамических варметров, элементы которых, практически ничем не отличающиеся от элементов обычных ваттметров, включаются в трехфазную цепь также по особым схемам. Особенность измерительных схем состоит в том, что параллельная обмотка каждого однофазного ваттметра (элемента варметра) подключается с учетом кругового чередования фаз к тем линейным проводам, в разрыв которых не включена его последовательная (токовая) обмотка. При таком включении угол между вектором тока последовательной обмотки и вектором напряжения параллельной обмотки ваттметра становится равным (90º - φ), а показание ваттметра – пропорциональным реактивной мощности фазы. Такие схемы включения называют схемами с замененными напряжениями. При измерении реактивной мощности по схемам с замененными напряжениями система напряжений в цепи должна быть симметричной.

1.1. Метод одного ваттметра

Метод одного ваттметра применяется в трехфазных трех - или, четырехпроводных цепях при равномерной нагрузке фаз. На рис. 5.1, а приведена схема включения ваттметра для измерения реактивной мощности в трехфазной трехпроводной симметричной цепи.

С учетом векторной диаграммы (рис. 5.1) показание ваттметра равно:

(5.1)

Для получения реактивной мощности всей цепи необходимо умножить показание ваттметра на , т. е.

(5.2)

1.2. Метод двух ваттметров

Метод двух ваттметров применяется в трехфазных трехпроводных цепях как при равномерной, так и при неравномерной нагрузке фаз.

а

pw

а)

б)

Рис. 5.1. Использование однофазного ваттметра для измерения

реактивной мощности в трехфазной трехпроводной симметричной цепи:

а – схема включения; б – векторная диаграмма.

При измерении по схеме, показанной на рис. 5.2, а, для получения реактивной мощности всей цепи необходимо алгебраическую сумму показаний ваттметров умножить на /2, т. е.

(5.3)

При измерении по схеме, показанной на рис. 5.2, б, создается искусственная нулевая точка. Сопротивление резистора R подбирается равным сопротивлению параллельной цепи каждого ваттметра. Для получения реактивной мощности всей цепи в этом случае необходимо алгебраическую сумму показаний ваттметров умножить на :

(5.4)

Отечественной промышленностью выпускаются двухэлементные варметры, в которых элементы включаются по схеме рис. 5.2, б и при градуировке учтена величина .

а)

б)

Рис. 5.2. Использование двух однофазных ваттметров для измерения

реактивной мощности в трехфазной трехпроводной цепи:

а – при равномерной нагрузке; б – при любой нагрузке.

1.3. Метод трех ваттметров

Метод трех ваттметров применяется в трехфазных трех - или четырехпроводных цепях как при равномерной, так и неравномерной нагрузке фаз. На рис. 5.3 показано включение трех ваттметров для измерения реактивной мощности в трехфазной четырехпроводной цепи.

Для получения реактивной мощности трехфазной цепи необходимо алгебраическую сумму показаний ваттметров поделить на :

(5.5)

Рис. 5.3. Использование трех однофазных ваттметров для измерения

реактивной мощности в трехфазной четырехпроводной цепи.

Вместо трех ваттметров можно использовать один трехфазный трехэлементный варметр, элементы которого включаются по схеме рис.5.3. Математическая операция деления на в нем учтена при градуировке.

2. Программа работы

1. Ознакомиться с аппаратурой и приборами, необходимыми для выполнения работы и записать их основные технические данные.

2. Собрать схему (рис. 5.4) и предъявить ее для проверки преподавателю.

3. Включить схему в сеть переменного тока напряжением 220/127 В. Измерить ток, напряжение, мощность ваттметрами PW1 и PW2 и коэффициент мощности при следующих нагрузках:

• асинхронный двигатель + 2 лампочки по 60 Вт в каждой фазе;

• асинхронный двигатель + 2 лампочки по 60 Вт и 1 лампочка 100 Вт в каждой фазе;

• асинхронный двигатель + 2 лампочки по 60 Вт и 2 лампочки по 100 Вт в каждой фазе;

• 2 лампочки по 60 Вт и 2 лампочки по 100 Вт в каждой фазе.

Рис.5.4. Схема измерения реактивной мощности трехфазной

трехпроводной цепи по методу двух ваттметров.

4. Для каждой нагрузки определить расчетную реактивную мощность трехфазной цепи Qрасч., реактивную мощность трехфазной цепи Q по показаниям ваттметров PW1 и PW2 и погрешность измерения реактивной мощности dQ.