Jak měřit výkon ve stejnosměrném obvodu

kde U a I jsou napětí a proud, v tomto pořadí, vyrobené buď nepřímou metodou – podle údajů na voltmetru a ampérmetru, nebo přímou metodou – podle údajů z wattmetru.

Podstatou metody nepřímého měření výkonu je změřit napětí U a proud I obvodu pomocí voltmetru a ampérmetru a následně je vypočítat podle výrazu (2). Na Obr. 1 ukazuje dvě možná schémata připojení voltmetru a ampérmetru k obvodu při měření výkonu spotřebovaného zátěží R_H, Pro schéma 1, а Výkon spotřebovaný obvodem je:

kde já_Н a já_В – proudy protékající zátěží a voltmetrem; R_Н a R_В – výkon spotřebovaný zátěží a voltmetrem.

Pro daný spínací obvod je tedy vypočtená hodnota výkonu Р bude větší než skutečný výkon spotřebovaný zátěží Р_Н, podle částky Р_В = UI_B. V tomto případě bude chyba při určování výkonu spotřebovaného zátěží menší, čím nižší je proud I_В ve srovnání s I_Н, tj. čím větší je vstupní odpor voltmetru (R_В).

Spotřebované obvodem (obr. 1, b) výkon se rovná:

tj. výkon určený výpočtem bude větší než skutečný výkon zátěže P_H velikostí ztráty výkonu v ampérmetru P_a=I_HR_а. Čím menší je odpor ampérmetru ve srovnání s odporem zátěže, tím menší je chyba při stanovení výkonu spotřebovaného zátěží.

Analýza ukazuje, že chyba měření výkonu bude minimální, když jsou měřicí přístroje zapojeny podle schématu na Obr. 1,a, pokud je podmínka splněna

Při zapínání zařízení podle schématu na Obr. 1, b, bude chyba měření minimální

Pro přesná měření lze zmíněnou chybu zohlednit, pokud je znám odpor měřicích přístrojů.

Pro známý odpor zatížení R_H jím spotřebovaná energie P_а určeno měřením proudu I_нprotékající jím, nebo úbytek napětí na něm U_n. Výpočet výkonu se provádí v souladu s výrazy:

Uvažované metody pro stanovení výkonu spotřebovaného zátěží se používají i při měření výkonu stejnosměrných generátorů.

Měření výkonu ve stejnosměrném obvodu přímou metodou se provádí především pomocí wattmetrů elektrodynamického systému.

Měřicí mechanismus wattmetru elektrodynamického systému, sestávající z pevné cívky a v ní umístěné pohyblivé cívky, je zapojen do stejnosměrného obvodu podle schématu na Obr. 2. Pevná (proudová) cívka je zapojena do série se zátěží a pohyblivá cívka je připojena paralelně k zátěži. Dodatečný odpor R_д, zapojený do série s pohyblivou cívkou, je navržen tak, aby rozšířil mez měření napětí zařízení. V důsledku interakce magnetických polí cívek vzniká točivý moment:

kde já₁ a já₂ – proudy protékající pevnou a pohyblivou cívkou; f(α) – funkce, která zohledňuje změnu točivého momentu v závislosti na úhlu natočení a pohybující se cívky (v důsledku změny vzájemné indukce mezi cívkami).

Protipůsobící moment je vytvářen vodivými pružinami pohybující se cívky

kde W — specifický protipůsobící moment pružin.

Obr. 2

Pokud jsou rotační a protilehlé momenty stejné, bude se pohyblivá cívka otáčet o určitý úhel a, určený z výrazu Od té doby

Zde R₂ – odpor pohyblivé cívky; — konstantní hodnota; P = I_HU je výkon spotřebovaný zátěží.

Aby byla stupnice přístroje jednotná, je nutné zajistit stálost funkce f (a). Toho je dosaženo vhodnou volbou velikosti a tvaru cívek a jejich výchozí vzájemné polohy.

Při zapojování wattmetru do stejnosměrného obvodu je třeba dbát na polaritu připojení cívky. K tomu jsou dvě ze čtyř svorek zařízení, které odpovídají „začátku“ pohyblivé a pevné cívky, označeny hvězdičkami (*) nebo znaménkem plus (+). Tyto svorky musí být připojeny ke kladnému pólu zdroje energie (ke svorkám generátor – generátor), nikoli k zátěži.

Na Obr. Obrázek 3 ukazuje dvě schémata připojení wattmetru ke stejnosměrnému obvodu. Když zapnete zařízení podle schématu na Obr. 3, a, je pohyblivá cívka napájena napětím U zdroje energie_И které je větší než napětí na odporu zátěže U o hodnotu úbytku napětí na stacionární cívce, tj. údaj wattmetru bude větší než skutečná hodnota výkonu zátěže. V tomto případě platí, že čím nižší je odpor proudové cívky ve srovnání s odporem zátěže, tím menší bude chyba měření výkonu. Když zapnete zařízení podle schématu na Obr. 3, b, bude proud protékající zátěží menší než proud v proudové cívce o velikost proudu procházejícího pohybující se cívkou, tj. údaj zařízení bude větší než skutečná hodnota výkonu spotřebovaného zátěží. Čím větší je odpor pohyblivé cívky s přídavným odporem R zapojeným do série, tím menší je chyba v měření výkonu spotřebovaného zátěží._д odolnost proti zatížení R_н.

U nepřímého i přímého způsobu měření výkonu se výsledek měření od skutečné hodnoty výkonu spotřebovaného zátěží liší určitou systematickou chybou. Velikost systematické chyby je dána připojovacím obvodem wattmetru a odporem jeho cívek.

Chyba měření výkonu při zapnutí wattmetru podle obvodu znázorněného na Obr. 3, а, bude minimální, pokud je splněna podmínka (3), a v tomto případě pro R_a je vzat odpor pevné cívky a R_B – odpor pohyblivé cívky s přídavným odporem R zapojeným do série_д. Při zapnutí wattmetru podle schématu (obr. 3, b) bude chyba při splnění podmínky (4) minimální.

Líbil se vám článek? Přidejte si ji do záložek (CTRL+D) a nezapomeňte ji sdílet se svými přáteli:

Napětí a proud ve stejnosměrných obvodech se měří pomocí zařízení magnetoelektrického systému. Aby se ručička takových zařízení odchýlila v požadovaném směru, musí proud z kladného pólu napájecího zdroje téci na svorku „+“ ampérmetru.

Nejjednodušším způsobem měření stejnosměrného proudu je přímé přímé připojení ampérmetru. V tomto případě musí být splněny tři podmínky:

• mezní hodnota měření ampérmetru musí být větší nebo rovna maximálnímu provoznímu proudu obvodu;
• Zkušební napětí ampérmetru musí být větší než napětí sítě Ua > Uс,
• Odpor ampérmetru musí být větší než odpor přijímače RA > Rnp.

Pro rozšíření limitů měření stejnosměrného proudu se používají měřicí bočníky, které se vyznačují jmenovitým primárním proudem Ish, úbytkem napětí Um vzniklým mezi jejich měřicími svorkami při tomto proudu a třídou přesnosti. Standardní proudové měřící bočníky jsou určeny pro úbytky napětí 45 a 75 mV.

Čím nižší je jmenovitý proud bočníku, tím větší je jeho vnitřní odpor. Při připojení více zařízení paralelně k bočníku může dojít k chybě, která překročí přípustnou hodnotu pro jeho třídu přesnosti. Při bočních proudech o velikosti několika desítek ampér se k němu tedy připojí jedno měřicí zařízení.

Napětí ve stejnosměrných obvodech lze měřit přístroji různých systémů. Při použití PV voltmetrů magnetoelektrického systému je třeba dodržet polaritu spínání (obr. 1, a).
Pro rozšíření mezí měření voltmetrů se používají další odpory (obr. 1, b). V tomto případě je limit měření:

1. Schémata zapojení voltmetrů ve stejnosměrných obvodech Obr.
a – přímé připojení, b – s přídavným rezistorem
kde UPVx je rozšířený limit voltmetru; R D – odpor přídavného odporu; K je koeficient ukazující, kolikrát se zvýší mez měření napětí zařízení při použití přídavného odporu.
Pro rozšíření měřicích limitů stejnosměrných přístrojů jsou k dispozici různé bočníky a přídavné odpory.
Střídavé napětí a proud lze měřit přístroji libovolného systému s výjimkou magnetoelektrických. Při měření velkých proudů v nízkonapěťových instalacích a také napětí a proudů ve vysokonapěťových instalacích se používají elektromagnetické systémové přístroje, připojené přes speciální proudové a napěťové transformátory. V praxi seřizovacích prací se používají různé měřicí transformátory, ale je třeba si uvědomit, že do výsledku měření vnášejí další chybu. Aby chyba nepřekročila přípustnou, určenou třídou přesnosti použitého přístrojového transformátoru, musí být jeho sekundární vinutí připojeno k jmenovitému odporu. Jmenovitý odpor sekundárního vinutí obvodu proudového transformátoru je největší a napěťový transformátor je nejmenší odpor, na který lze toto vinutí zapnout bez překročení dovolené chyby.
Obvody pro připojení voltmetrů s přídavnými rezistory ve stejnosměrných obvodech a jednofázových střídavých sítích jsou stejné (obr. 1,6). Zapojovací obvody pro ampérmetry a voltmetry při použití přístrojových transformátorů jsou na Obr. 2, a, b.

Obrázek 2 Schémata zapojení pro AC měřicí přístroje:
a – s transformátorem proudu, b – s transformátorem napětí.
V obvodu jednofázového střídavého proudu se výkon měří přímo pomocí elektrodynamického wattmetru nebo nepřímo pomocí ampérmetru a voltmetru. Schéma zapojení zařízení je na obr. 3.

Když známe napětí U aplikované na zátěž, proud I, který jím prochází, a úhel posunu ϕ mezi proudem a napětím, je možné určit činný, jalový a zdánlivý výkon:
P = UI cos ϕ; Q = UI sin ϕ ; S = UI.
Úhel ϕ nebo cos ϕ se určuje pomocí fázového měřiče. Při absenci fázového měřiče se celkový výkon zjistí z údajů voltmetru a ampérmetru: S = UI. Pomocí wattmetru se měří činný výkon, tedy: cos ϕ = P/S; ϕ = arccosP/S; Q = UI sin ϕ .
Při připojování voltmetru k měřenému obvodu berte v úvahu polaritu jeho svorek (začátek proudového vinutí a napěťového vinutí).

Rýže. 3. Schéma zapojení zařízení pro měření výkonu:
Rн je zatěžovací rezistor, Rд je přídavný rezistor k napěťovému vinutí wattmetru.

Při rovnoměrném zatížení lze výkon v třífázové síti měřit jedním wattmetrem. Měřicí obvody pro třífázové čtyřvodičové a třívodičové sítě jsou na Obr. 4, a, b. Když je nulový bod sítě nepřístupný, vytvoří se umělý nulový bod a odpory musí být stejné: Rda = Rdd = Rds. Výkon je určen součtem odečtů všech tří wattmetrů.

Rýže. 4. Obvody pro připojení wattmetrů pro měření činného výkonu
třífázový proud: a – přímý, b – s přídavným rezistorem.

Rýže. 5. Propojovací obvody pro dva wattmetry pro měření třífázového výkonu
proud.

Pro měření výkonu třífázového proudového obvodu se nejčastěji používají dva wattmetry pro symetrické i nesymetrické fázové zatížení. Tři ekvivalentní možnosti připojení wattmetrů při měření činného výkonu jsou na Obr. 15.

Činný výkon je určen jako součet odečtů dvou wattmetrů. Jalový výkon v třífázovém obvodu s rovnoměrným zatížením všech tří fází lze měřit pomocí jednoho wattmetru (obr. 6, a). Pro získání celkového jalového výkonu se hodnoty jednoho wattmetru vynásobí 3. Při rovnoměrném a nerovnoměrném zatížení se jalový výkon v tří- a čtyřvodičové síti zjišťuje pomocí tří wattmetrů (obr. 6,6).

Obrázek 6. Schémata pro měření jalového výkonu v třífázové síti: a – pomocí jednoho wattmetru, b – pomocí tří wattmetrů.
Pro měření výkonu v třífázových obvodech se symetrickou zátěží se používají wattmetrové proudové kleště (obr. 7). Nejčastěji se používají pro stanovení zatížení třífázových motorů M s napětím 380 a 660 V s přístupným neutrálem (obr. 7). Během procesu měření se jeden z napájecích vodičů překryje kleštěmi a k ​​tomuto vodiči se připojí napěťová svorka označená hvězdičkou a svorka „220 V“ (v obvodu 660 V svorka „380 V“). je připojen k neutrálu statorového vinutí. Pokud jsou hodnoty přístroje záporné, měly by být kleště při zakrývání vodiče otočeny o 180° nebo by měly být vodiče napěťového obvodu prohozeny.

Rýže. 7. Měření výkonu třífázového motoru pomocí wattmetrového klešťového měřiče.
V sítích střídavého proudu se účtování vyrobené a spotřebované elektřiny provádí pomocí měřičů indukčního systému, které se vyrábějí v jednofázovém a třífázovém provedení. Ty se dodávají ve dvou modifikacích – pro tří- a čtyřvodičovou síť. Pro zohlednění spotřeby činné a jalové energie se vyrábějí speciální měřiče. Pro měření činné energie v třífázových sítích se používají měřiče SAZ, SA4, SA4U, jalová energie – SRZ, SR4, SR4U (číslo 3 v typovém označení měřiče značí, že je určeno pro třívodičovou síť, 4 pro čtyřvodičová síť). Elektroměry SA4U a SR4U jsou vyráběny pouze pro připojení k měřicím transformátorům proudu a napětí jiné typy měřidel jsou k dispozici pro přímé připojení a s transformátory.

K zohlednění energie v obvodech jednofázového proudu se používají měřiče CO.

Elektroměry činné energie jsou vyráběny v třídách přesnosti 1,0; 2,0; 2,5, měřiče jalové energie—2,0; 2,5; 4,0. Třída přesnosti měřidel a přístrojových transformátorů určených pro obchodní a technické měřicí obvody musí odpovídat požadavkům PUE.
Schémata vnitřních zapojení třífázových elektroměrů jsou na Obr. 8, a – d Indexy G a N označují svorky vinutí čítače, připojené k napájecí straně obvodu a zátěži.

Rýže. 8. Schémata vnitřního zapojení třífázových elektroměrů: a – činná energie typu SAZ a SAZU, b – jalová energie typu SRZ a SRZU, c – činná energie typu SA4 a SA4U, d – jalová energie typ SR4 a SR4U s přídavným sériovým vinutím, e – jalová energie typ SR4 I676 a SR4U-I676, 1 – 10 – čísla svorky.

Schémata zapojení pro třívodičové měřiče činné energie typu SAZ a SAZU a měřiče jalové energie typu SRZ a SRZU jsou na Obr. 9, a – c, a schémata zapojení pro čtyřvodičové měřiče činné energie SA4 a SA4U a měřiče jalové energie SR4 a SR4U jsou na Obr. 10, a – d.

Rýže. 9. Zapojovací obvody pro měřič činné energie typu SAZ a SAZU a měřič jalové energie typu SRZ, SRZU: a – přímé zapojení, b – s proudovými transformátory, c – s proudovými a napěťovými transformátory.

Rýže. 10. Schémata zapojení pro měřiče činné energie typů SA4 a SA4U a měřiče jalové energie typů SR4, SR4U, SR4-I676 a SR4U-I676: a – přímé zapojení, b – s proudovými transformátory, c – s proudovými a napěťovými transformátory v třívodičový obvod, g – s proudovými a napěťovými transformátory a čtyřvodičový obvod (u jalových měřičů kleště 10 chybí).

Někdy se při uvádění do provozu používají k měření výkonu měřiče. Uvažujme příklad stanovení výkonu spotřebovaného motorem pomocí třífázového měřiče. Počítáme počet otáček kotouče za časový úsek t (obvykle stačí 20-40 s, počítáno stopkami); Zatížení motoru by se během této doby nemělo měnit. Pokud je na štítku, např. typ SAZU, uveden 1 kW. h = n otáček disku, pak výkon, kW:

kde Ktt a Ktn jsou transformační poměry transformátorů proudu a napětí.