Содержание  
< назад вперед >

§ 100. ИЗМЕРЕНИЕ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

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:

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 = UI соs j. 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 Р₁ в этом случае нужно показа­ние ваттметра Р₂ умножить на коэффициент трансформации транс­форматора тока к_Т:

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:

Так, например, если ваттметр включен через трансформатор на­пряжения 6000/100 б 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.

При несимметричной нагрузке в четырехпроводиой 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.

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;

j — Угол сдвига между фазным   напряжением и током.

Мощность  трехпроводной  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:

откуда

Мгновенная мощность трехфазной системы будет

где u с индексами — мгновенные  значения фазных  напряжений.

Подставляя в последнее выражение значение тока i₂, получим

Или

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.

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 соs j = 1 показания ваттметров рав­ны между собой. При соs j, не равном единице, пока­зания ваттметров не будут равны. При соs j, равном 0,5, один из ваттметров по­кажет нуль. При соs j 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.

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.

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