Методы и средства измерения мощности: Учебное пособие, страница 3

Основные требования к ваттметрам: высокая точность: требуемый частотный диапазон; малое время установления показаний; оптимальное согласование с параметрами линии передачи энергии.

4. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ

По способу преобразования мощности в цепях постоянного тока,

тока промышленной, высокой и сверхвысокой частоты различают прямые и косвенные методы измерения.

Измерения мощности относят к прямым методам, если результат преобразования пропорционален произведению исходных величин, значения которых на стадиях преобразования не определяются.

 Косвенные методы измерения основаны на определении промежуточных значений исходных величин и вычислении их произведения.

 При прямых некоторых методах на измерительный преобразователь воздействует не сама мощность, а входные величины: напряжение и ток.

4.1. Методы прямых измерений

Обобщённая структура прямого метода измерений показана на рис. 4.1.

          U

Пp

                                                                                              P

 

           I

Рис. 4.1. Структурная схема метода прямых измерений

Напряжение и ток при прямом методе преобразуются первичными преобразователями напряжения Пu и тока Пi в пропорциональные значения тока и напряжения, которые затем поступают в множительное устройства - преобразователь мощности Пp.

Выходной сигнал может быть представлен напряжением, током, частотой или другой физической величиной. Основным достоинством прямого метода является возможность измерения мощности в цепях с произвольной формой напряжения и тока. Измерительная аппаратура проще; погрешности измерения не превышают 1%. Методы прямых измерений используются на постоянном токе, в звуковом диапазоне частот и в диапазонах высокой и сверхвысокой частот.

4.2. Методы косвенных измерений

Эти методы используются в основном для измерения мощности постоянного тока, полной мощности переменного тока, активной мощности. Структурная схема, реализующая косвенный метод измерения активной  и полной мощности, показана на рис. 4.2. При измерении мощности напряжение и ток подвергаются масштабным преобразованиям в блоках Мv и Мi и измеряются вольтметром V и амперметром А. Произведение их показаний вычисляется с помощью вычислительного устройства ВУ.

			V
	Mv

 

ВУ

U

	Mi

 

I

Рис. 4.2. Структурная схема метода косвенных измерений

 активной и полной мощности

Структурная схема ваттметра активной и реактивной мощности показана на рис. 4.3.

			Vφ

 

         U

 

A

         I

 

Рис. 4.3. Структурная схема ваттметра активной

и реактивной мощности

При измерении активной мощности в измерительной схеме используется фазочувствительный вольтметр Vφ, показания которого пропорциональны значению фазового сдвига, или фазометр (измеритель cosφ).

4.3. Погрешности измерения мощности прямыми

и косвенными методами

Погрешности прямых и косвенных методов определяется погрешностью используемых приборов при измерении тока, напряжения и методическими погрешностями.

Анализ методической погрешности проиллюстрирован на схеме рис. 4.4, а, б.

 

                     Rл                                                   Rа           Rл

   Rн            Uн                           R                 Rн         Uн

 

                     Iн                                             I                  Iн

          а                                           б

Рис. 4.4. Методическая погрешность при измерении мощности

Электрическая цепь до включения ваттметра показана на рис. 4.4, а. Мощность, рассеиваемая нагрузкой

или, пренебрегая сопротивлением линии Rл, получим:

.

Включение ваттметра по схеме рис. 4.4, б приведёт к появлению погрешности измерения напряжения на нагрузке и соответственно к погрешности измерения тока нагрузки Δ = I - I_н и погрешности измерения мощности

  .

5. МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ

 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Основные принципы, положенные в основу построения измерительных преобразователей мощности постоянного тока, диапазона низкой и высокой частоты, это использование физических явлений и принципов, реализующих функции произведения параметров, в частности, напряжения и тока.

К таким явлениям относятся: электродинамический эффект, эффект Холла, тепловой эффект Джоуля - Ленца и др.

Другим способом получения функций произведения является использование пассивных и активных четырёхполюсников и преобразователей с функциональным преобразованием и модуляцией входных сигналов.

Для измерения мощности постоянного тока и низкочастотной мощности применяются электродинамические ваттметры, показания которых пропорциональны произведению токов

,

где: I_a = I_н, I_b = U_н/r, .W- удельный противодействующий момент пружины, Мab- коэффициент взаимоиндукции обмоток прибора, r – сопротивление в цепи обмотки напряжения прибора.

5.1 Преобразователи мощности с функциональным преобразованием входных сигналов

К преобразователям с линейным преобразованием входных сигналов относят устройства с линейными управляемыми сопротивлениями Ri в активных четырёхполюсниках. Такой преобразователь может быть выполнен в виде усилителя с отрицательной обратной связью по току, текущему через управляемое сопротивление (рис. 5.1.).