Меню

Измерение мощности с применением измерительных трансформаторов



Измерение мощности с применением измерительных трансформаторов

Постоянный ток. Из формулы мощности постоянного тока

видно, что определение мощности может быть произведено путем умножения показаний амперметра и вольтметра. Однако на практике измерение мощности обычно производится при помощи специальных приборов — ваттметров. Ваттметр (рис. 230) состоит из двух катушек: неподвижной 1, состоящей из небольшого числа витков толстой проволоки, и подвижной 2, состоящей из большого числа витков тонкой проволоки. При включении ваттметра ток нагрузки проходит через неподвижную катушку, последовательно включенную в цепь, а подвижная катушка включается параллельно потребителю. Для уменьшения потребляемой мощности в параллельной обмотке и уменьшения веса подвижной катушки последовательно с ней включается добавочное сопротивление 3 из манганина. В результате взаимодействия магнитных полей подвижной и неподвижной катушек возникает момент вращения, пропорциональный токам обеих катушек:

Рис. 230. Принципиальная схема электродинамического ваттметра
Рис. 230. Принципиальная схема электродинамического ваттметра

Ток параллельной обмотки I2 при постоянном сопротивлении параллельной цепи пропорционален напряжению цепи. Отсюда

т. е. вращающий момент прибора пропорционален мощности, потребляемой в цепи.

Чтобы стрелка прибора отклонялась от нуля вправо, необходимо ток через катушку пропускать в определенном направлении.

Для этого два зажима, указывающие начала обмоток, обозначаются знаком * и электрически соединяются. На шкале ваттметра указываются номинальный ток и номинальное напряжение прибора. Так, например, если на шкале прибора обозначено 5 а и 150 в, то прибор может измерять мощность до 750 вт. Шкалы некоторых ваттметров градуированы в делениях, Если, например, ваттметр на 5 а и 150 в имеет 150 делений, то цена деления, или постоянная ваттметра, равна 750:150 = 5 вт/дел. Кроме электродинамических ваттметров, для измерения мощности в цепях постоянного тока употребляются также ваттметры ферродинамической системы.

Однофазный переменный ток. При включении электродинамического ваттметра в цепь переменного тока магнитные поля подвижной и неподвижной катушек, взаимодействуя между собой, вызовут поворот подвижной катушки. Мгновенное значение момента вращения подвижной части прибора пропорционально произведению мгновенных значений токов в обеих катушках прибора.

Момент вращения прибора пропорционален средней, или активной, мощности Р = U ⋅ I cos φ. По углу поворота подвижной части ваттметра можно судить о величине активной мощности, потребляемой цепью.

Для измерения мощности переменного тока пользуются также ваттметрами ферродинамической системы.

При измерении ваттметром мощности в сетях низкого напряжения с большими токами применяют трансформаторы тока.

Для определения мощности сети P1 в этом случае нужно показание ваттметра Р2 умножить на коэффициент трансформации трансформатора тока kT:

В сетях высокого напряжения при измерении мощности используются измерительные трансформаторы напряжения и тока (рис. 231). Для получения мощности сети Р1 нужно показание ваттметра Р2 умножить на произведение коэффициентов трансформации трансформаторов напряжения и тока:

Рис. 231. Включение ваттметра с помощью измерительных трансформаторов
Рис. 231. Включение ваттметра с помощью измерительных трансформаторов

Так, например, если ваттметр включен через трансформатор напряжения 6000/100 в и трансформатор тока 150/5 а и ваттметр показал 80 вт, то мощность сети будет

При включении ваттметров (счетчиков) через измерительные трансформаторы нужно присоединять эти приборы так, чтобы по обмоткам их проходили токи в том же направлении, как если бы они были непосредственно включены в сеть.

Кроме ваттметра, мощность однофазного переменного тока можно определить по показаниям трех приборов: амперметра, вольтметра и фазометра — согласно формуле

Трехфазный переменный ток. При симметричной нагрузке трехфазной системы для измерения мощности пользуются одним однофазным ваттметром, включенным по схеме, показанной на рис. 232 (а — для соединения звездой; б — для соединения треугольником). По последовательной обмотке ваттметра в этом случае протекает фазный ток, а параллельная обмотка включена на фазное напряжение. Поэтому ваттметр покажет мощность одной фазы. Для получения мощности трехфазной системы нужно показание однофазного ваттметра умножить на три.

Читайте также:  Как увеличить мощность циркулярной пилы

Рис. 232. Включение однофазного ваттметра при равномерной нагрузке (трехпроводная система)
Рис. 232. Включение однофазного ваттметра при равномерной нагрузке (трехпроводная система)

При несимметричной нагрузке в четырехпроводной сети трехфазного тока для измерения мощности применяется схема трех ваттметров (рис. 233). Каждый однофазный ваттметр измеряет мощность одной фазы. Для получения мощности трехфазной системы необходимо взять сумму показаний трех ваттметров.

Рис. 233. Включение трех однофазных ваттметров для измерения мощности трехфазной цепи (четырехпроводная система)
Рис. 233. Включение трех однофазных ваттметров для измерения мощности трехфазной цепи (четырехпроводная система)

При переменной нагрузке трудно получить одновременный отсчет показаний трех ваттметров. Кроме того, три однофазных ваттметра занимают много места. Поэтому часто применяют один трехэлементный трехфазный ваттметр, представляющий собой соединение в одном приборе трех однофазных ваттметров. У трехэлементного электродинамического ваттметра три подвижные параллельные катушки насажены на одну ось, связанную со стрелкой, и общий момент, полученный в результате сложения механических усилий каждой катушки, будет пропорционален мощности, потребляемой в трехфазной сети. В других конструкциях подвижные катушки, расположенные в разных местах, связаны между собой гибкими лентами и передают суммарное усилие на ось со стрелкой.

Активную мощность трехфазной сети при равномерной нагрузке можно определить при помощи трех приборов: амперметра, вольтметра и фазометра — по формуле

где U и I — линейные напряжения и ток;

φ — угол сдвига между фазным напряжением и током.

Мощность трех проводной трехфазной сети при любой нагрузке (равномерной или неравномерной) независимо от способа соединения потребителей (звездой или треугольником) может быть измерена по схеме двух ваттметров.

По первому закону Кирхгофа, сумма мгновенных значений токов всех трех фаз равна нулю:

Мгновенная мощность трехфазной системы будет

где u с индексами — мгновенные значения фазных напряжений.

Подставляя в последнее выражение значение тока i2, получим

Полученное уравнение показывает, что один из ваттметров надо включить так, чтобы по его токовой катушке протекал ток первой фазы, а катушка напряжения находилась бы под разностью напряжений первой и второй фаз; другой ваттметр следует включить так, чтобы по его токовой катушке протекал ток третьей фазы, а катушка напряжения находилась бы под разностью напряжений третьей и второй фаз.

Сложив показания обоих ваттметров, получим мощность всех трех фаз.

На рис. 234, а — в показаны три варианта для схемы двух ваттметров.

Рис. 234. Схема включения двух ваттметров
Рис. 234. Схема включения двух ваттметров

На схемах видно, что последовательные обмотки ваттметров включают в любые два линейных провода сети. Начала параллельных обмоток каждого ваттметра подключаются к тому же проводу, в который включена последовательная обмотка ваттметра. Концы параллельных обмоток подключаются к третьему линейному проводу.

При симметричной активной нагрузке и cos φ = 1 показания ваттметров равны между собой. При cos φ, не равном единице, показания ваттметров не будут равны. При cos φ, равном 0,5, один из ваттметров покажет нуль. При cos φ меньшем 0,5, стрелка этого прибора начнет отклоняться влево. Чтобы получить показание прибора, необходимо переключить концы его последовательной или параллельной обмотки.

Для измерения активной мощности трехфазной системы по показаниям двух ваттметров нужно складывать их показания или вычитать из показания одного ваттметра показание другого ваттметра, которое было отрицательным. Схема измерения мощности двумя ваттметрами с помощью измерительных трансформаторов напряжения и тока дана на рис. 235.

Рис. 235. Измерение мощности по схеме двух ваттметров с помощью измерительных трансформаторов
Рис. 235. Измерение мощности по схеме двух ваттметров с помощью измерительных трансформаторов

Удобнее измерять мощность при помощи трехфазного ваттметра, в котором совмещены два прибора, включенные по схеме двух ваттметров и действующие на одну общую ось, с которой связана стрелка. В приборах электродинамической и ферродинамической системы две подвижные катушки, расположенные на одной оси или связанные гибкими лентами, вращают одну ось. В приборах индукционной системы два элемента вращают два диска, сидящие на одной оси, или два элемента действуют на один диск. Схема включения двухэлементного трехфазного ваттметра дана на рис. 236.

Читайте также:  Как увеличить мощность передатчика роутера

Рис. 236. Схема включения трехфазного двухэлементного ваттметра
Рис. 236. Схема включения трехфазного двухэлементного ваттметра

В сетях высокого напряжения трехфазный ваттметр включается при помощи измерительных трансформаторов напряжения и тока.

Источник

Измерение энергии с применением измерительных трансформаторов

В большинстве случаев при измерении электрической энергии счётчиками энергии одновременно применяются и измерите­льные трансформаторы.

В цепях напряжением до 500 вольт пользуются только тран­сформаторами тока, так как обмотки напряжения счётчиков имеют ра­зличные номиналы низковольтных напряжений (127, 220, 380 В).

В цепях высокого напряжения одновременно применяют оба вида измерительных трансформаторов.

Если счётчик (однофазный) питается от трансформатора тока и трансформатора напряжения, то количество израсходованной энергии считается с учётом коэффициентов трансформации обоих трансформат­оров:

где W2 – энергия по показания счётчика, кВт · часах,

W1 – действительно израсходованная энергия, кВт · час.

При сборке схемы 12.3 следует обратить внимание на то, что начало первичной обмотки трансформатора тока (клемма Л1) включено со стороны источника энергии, а конец этой обмотки (клемма Л2) со стороны потребителя.

Клемма «А» первич­ной обмотки трансформатора напряжения включается на тот провод сети, к которому подключена клемма «Л1» – трансформатора тока. Клеммы «а» и «х» включены соответственно – клемма «а» на начало напряжения счетчика обмотки, а «х» – на ее конец. При несоблюдении данных правил показания счётчика будут неверными.

При измерении энергии следует воспользоваться передаточным числом счётчика. Передаточное число счётчика – это число оборотов его диска, соответствующее единице энергии, регистрируемой счётчиком, например, 1 кВт · ч равен 2800 оборотов диска.

Замерив число оборотов диска за определенное время, определим израсходованную энергию по счётчику, воспользовавшись пропор­цией, например, 2800 об. диска соответствует 1 кВт · час израсходова­нной энергии: если счетчик сделал «n» оборотов, то энергии израсходовано, кВт · час:

где n – число оборотов диска;

2800 – передаточное число счетчика, об./кВт · ч.

Действительная израсходованная энергия определится выражением:

Зная время, за которое учитывалась энергия, можно определить мощность потребителя, кВт:

и, если необходимо, потребляемый ток при известном напряжении сети.

1. Назначение измерительных трансформаторов.

2. Устройство и схемы включения измерительных трансформаторов.

3. Можно ли вторичные цепи трансформаторов тока и напряжения оставлять разомкнутыми при включенных потребителях?

4. Как с помощью счетчика рассчитать ток в цепи и мощность потребителя?

5. Что такое передаточное число счетчика?

6. Каковы значения вторичных номинальных величин измерительных трансформаторов тока и напряжения?

Лабораторная работа № 13

Испытание трехфазного трансформатора

Цель работы: ознакомление с устройством и методами испытания трехфазного трансформатора.

1. Собрать схему экспериментальной установки для опыта холостого хода в соответствии с рисунком 13.1.

2. Установив на входе испытуемого трансформатора по вольтметру V1 напряжение порядка 80 В, вольтметром V2 измерить линейные напряжения на входе испытуемого трансформатора (Uaв, Uвс, Uса) и выходе этого же трансформатора (Uав, Uвс, Uса). Опыт провести при двух значениях входного напряжения.

Данные опыта занести в таблицу 13.1.

UАВ (В) Uaв (В) Кав UВС (В) Uвс (В) Квс UСА (В) Uса (В) Кса Кср

По данным опытов найти среднее арифметическое значение коэффициента трансформации Кср.

3. Изменяя входное напряжение испытуемого трансформатора по вольтметру V1 в пределах от 0 до 220 В, измерить все величины по приборам. Данные замеров поместить в таблицу 13.2.

4. Произвести расчет необходимых данных и построить графические зависимости: Pxx = f (Uxx), cosφxx = f (Uxx), Ixx = f (Uxx).

5. По данным таблицы найти Ixx, Pxx и cosφxx при номинальном значении фазного напряжения Uн = 220 В.

6. Собрать схему экспериментальной установки для проведения опыта короткого замыкания трансформатора в соответствии с рисунком 13.2.

7. Установив ротор автотрансформатора АТ в нулевое положение (напряжение на выходе АТ равно нулю), подать питание на вход автотрансформатора. Медленно поворачивая ротор автотрансформатора, довести ток по амперметру А2 до величины 3,7 А. Измерить остальные величины и данные измерений занести в таблицу 13.3.

Данные измерений Данные расчета
I1 (A) U1=Uкз (B) P1 (Bт) I2 (A) Pкз (Bт) cosφкз

8. По данным опыта вычислитьмощность короткого замыкания трансформатора и коэффициент мощности (cosφкз).

9. Определить кпд трансформатора для номинального режима.

Дата добавления: 2014-12-23 ; просмотров: 31 ; Нарушение авторских прав

Источник

Измерение мощности ваттметром с трансформаторами тока и напряжения

date image2015-09-06
views image2601

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Рис. 3.4.11. Схема соединения ваттметра с измерительными трансформаторами (а) и векторная диаграмма (б)

Измерение мощности в цепях высокого напряжения производится ваттметром с трансформаторами тока и напряжения (рис. 3.4.11). Первичная обмотка трансформатора тока соединяется последовательно с приемником энергии, к зажимам вторичной обмотки присоединяются последовательно соединенные амперметр и токовая цепь ваттметра. Первичная обмотка трансформатора напряжения соединяется с проводами первичной цепи, к зажимам вторичной обмотки присоединяются вольтметр и цепь напряжения ваттметра. Один зажим каждой из вторичных обмоток измерительных трансформаторов и их корпуса заземляются. Исходя из схемы соединения и векторной диаграммы (рис. 3.4.11), напишем выражение мощности, измеряемой ваттметром: РW = I2 U2 cosj2. Умножив уравнение на произведение номинальных коэффициентов трансформации трансформаторов, получим . Так как ; и ввиду малости dI и dU принимаем (j1 + dU — dI) » j1. При указанных допущениях . Таким образом, найденное значение мощности, равное произведению показаний ваттметра и номинальных коэффициентов трансформации измерительных трансформаторов, приближенно равно мощности первичной цепи, подлежащей измерению.

Соединение ваттметра с измерительными трансформаторами должно быть таким, чтобы ток в последовательной обмотке с точностью до dI совпадал по фазе с током первичной цепи трансформатора тока, а напряжение на параллельной цепи ваттметра с точностью до dU совпадал по фазе с напряжением первичной цепи трансформатора напряжения.

Для облегчения монтажа измерительных цепей зажимы трансформаторов тока размечаются буквами Л1 и Л2 (линия) – первичные, И1 и И2 (измерение) – вторичные.

Зажимы обмоток трансформатора напряжения размечаются буквами А и Х – первичные, а и х – вторичные.

Измерение активной мощности в трехфазных цепях

Измерение мощности в четырехпроводных цепях. Активную мощность Р четырехпроводной трехфазной цепи можно выразить суммой мощностей РА, РВ, РС трех фаз, т.е.

Из написанного следует, что измерение активной мощности цепи можно произвести тремя ваттметрами, каждый из которых измеряет мощность одной фазы (рис. 3.4.12). Удобней пользоваться трехэлементным ваттметром. Ваттметр имеет три неподвижные катушки и три подвижные, укрепленные на одной оси. Если ваттметр включен в цепь (рис. 3.4.12), то вращающий момент, действующий на каждую из подвижных катушек, будет пропорционален мощности соответствующей фазы. Результирующий вращающий момент, равный сумме отдельных моментов, будет пропорционален активной мощности четырехпроводной цепи трехфазного тока. Этой же мощности будет пропорционален и угол поворота подвижной части ваттметра.

Источник

Adblock
detector