Измерение мощности. Мощность в цепи постоянного, однофазного и трехфазного тока

Аналогично методу амперметра и вольтметра включение ваттметра возможно двумя способами (рис. 2). Для правильного включения ваттметра один из каждой пары зажимов (последовательной и параллельной цепей) обозначают звездочками и называют генераторным зажимом. Генераторные зажимы подключают к одному полюсу источника. Обе схемы дают погрешности, обусловленные теми же причинами, что и в соответствующих схемах на рис. 1.

Рис. 2. Схемы измерения мощности ваттметром. а – токовая обмотка включена последовательно с нагрузкой; б – обмотка напряжения включена параллельно нагрузке.

Электродинамические ваттметры с несколькими пределами измерения по току и напряжению имеют неименованную шкалу. В этом случае показание прибора умножают на постоянную прибора С, Вт/дел.

C = U_ном I_ном / a_m

где U_ном, I_ном – номинальные значения напряжения и тока для предела, на котором производится измерение; a_m – число делений шкалы.

Мощность однофазного тока можно также измерить косвенным методом по схемам (рис. 3) или ваттметрами электродинамической, ферродинамической и, редко, индукционной систем.

Рис. 3. Схемы измерения мощности однофазного переменного тока. а – амперметр включен последовательно с нагрузкой; б – вольтметр включен параллельно с нагрузкой.

Если нужно знать активную и реактивную мощности, необходимо определить угол j между током и напряжением с помощью фазометра либо воспользоваться схемой на рис. 3. По показаниям вольтметра и амперметра рассчитывают полную мощность

S = UI;

ваттметр измеряет активную мощность

Р = UI cos j = S cos j, откуда

cos j = P/S            и        j = arccos P/S.

Реактивная мощность

Q = UI sin j.

Методические погрешности при этих измерениях такие же, как и в схеме на рис. 1 и 2.

Реактивная мощность может быть замерена также реактивным ваттметром, применяемым, как правило, для лабораторных измерений.

Основные требования к ваттметрам устанавливает ГОСТ.

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

Метод одного прибора применяют в трехфазной симметричной системе. Активная мощность всей системы равна утроенной мощности потребления по одной из фаз.

При соединении нагрузки звездой с доступной нулевой точкой или если при соединении нагрузки треугольником имеется возможность включить обмотку ваттметра последовательно с нагрузкой, можно использовать схемы включения, показанные на рис. 4. Если нагрузка соединена звездой с недоступной нулевой точкой или треугольником, то можно применить схему с искусственной нулевой точкой (рис. 5). В этом случае сопротивления должны быть равны

R_BТ + R_А = R_B = R_C.

Рис. 4. Схемы измерения мощности трехфазного переменного тока при соединении нагрузок. а – по схеме звезды с доступной нулевой точкой; б – по схеме треугольника с помощью одного ваттметра.

Для измерения реактивной мощности токовые концы ваттметра включают в рассечку любой фазы, а концы обмотки напряжения – на две другие фазы (рис. 6). Полная реактивная мощность определяется умножением показания ваттметра на sqrt ( 3 ). (Даже при незначительной асимметрии фаз применение данного метода дает значительную погрешность)

Методом двух приборов можно пользоваться при симметричной и несимметричной нагрузке фаз. Три равноценных варианта включения ваттметров для измерения активной мощности показаны на рис. 7. Активная мощность определяется как сумма показаний ваттметров.

Рис. 7. Схемы измерения активной мощности трехфазного переменного тока двумя ваттметрами. а – токовые обмотки включены в фазы А и С; б – в фазы А и В; в – в фазы B и С.

При измерении реактивной мощности можно применять схему рис. 8, а с искусственной нулевой точкой. Для создания нулевой точки необходимо выполнить условие равенства сопротивлений обмоток напряжений ваттметров и резистора R. Реактивная мощность вычисляется по формуле

Q = sqrt ( 3 ) ( P₁ – P₂ ).

где P₁ и P₂ –показания ваттметров.

По этой же формуле можно вычислить реактивную мощность при равномерной загрузке фаз и соединения ваттметров по схеме